Произведение Хатри — Рао — операция умножения матриц , определяемая выражением[ 1] [ 2] :
A ∗ B = ( A i j ⊗ B i j ) i j {\displaystyle \mathbf {A} \ast \mathbf {B} =\left(\mathbf {A} _{ij}\otimes \mathbf {B} _{ij}\right)_{ij}} в котором i j {\displaystyle ij} -й блок является произведением Кронекера m i p i ⊗ n j q j {\displaystyle m_{i}p_{i}\otimes n_{j}q_{j}} соответствующих блоков A {\displaystyle \mathbf {A} } и B {\displaystyle \mathbf {B} } при условии, что количество строк и столбцов обеих матриц равно. Размерность произведения — ∑ i m i p i × ∑ j n j q j {\displaystyle \sum _{i}{m_{i}p_{i}}\times \sum _{j}{n_{j}q_{j}}} .
К примеру, если матрицы A {\displaystyle \mathbf {A} } и B {\displaystyle \mathbf {B} } имеют блочную размерность 2 × 2 :
A = [ A 11 A 12 A 21 A 22 ] = [ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ] {\displaystyle \mathbf {A} =\left[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}&\mathbf {A} _{12}\\\hline \mathbf {A} _{21}&\mathbf {A} _{22}\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{c c | c}1&2&3\\4&5&6\\\hline 7&8&9\end{array}}\right]} и B = [ B 11 B 12 B 21 B 22 ] = [ 1 4 7 2 5 8 3 6 9 ] {\displaystyle \mathbf {B} =\left[{\begin{array}{c | c}\mathbf {B} _{11}&\mathbf {B} _{12}\\\hline \mathbf {B} _{21}&\mathbf {B} _{22}\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{c | c c}1&4&7\\\hline 2&5&8\\3&6&9\end{array}}\right]} , то:
A ∗ B = [ A 11 ⊗ B 11 A 12 ⊗ B 12 A 21 ⊗ B 21 A 22 ⊗ B 22 ] = [ 1 2 12 21 4 5 24 42 14 16 45 72 21 24 54 81 ] {\displaystyle \mathbf {A} \ast \mathbf {B} =\left[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}\otimes \mathbf {B} _{11}&\mathbf {A} _{12}\otimes \mathbf {B} _{12}\\\hline \mathbf {A} _{21}\otimes \mathbf {B} _{21}&\mathbf {A} _{22}\otimes \mathbf {B} _{22}\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{c c | c c}1&2&12&21\\4&5&24&42\\\hline 14&16&45&72\\21&24&54&81\end{array}}\right]} . Столбцовое произведение Кронекера двух матриц также принято называть произведением Хатри — Рао. Это произведение предполагает, что блоки матриц являются их столбцами. В этом случае m 1 = m {\displaystyle m_{1}=m} , p 1 = p {\displaystyle p_{1}=p} , n = q {\displaystyle n=q} и для каждого j {\displaystyle j} : n j = p j = 1 {\displaystyle n_{j}=p_{j}=1} . Результатом произведения является m p × n {\displaystyle mp\times n} -матрица, каждый столбец которой получается как произведение Кронекера соответствующих столбцов матриц A {\displaystyle \mathbf {A} } и B {\displaystyle \mathbf {B} } . Например, для:
C = [ C 1 C 2 C 3 ] = [ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ] {\displaystyle \mathbf {C} =\left[{\begin{array}{c | c | c}\mathbf {C} _{1}&\mathbf {C} _{2}&\mathbf {C} _{3}\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{c | c | c}1&2&3\\4&5&6\\7&8&9\end{array}}\right]} и D = [ D 1 D 2 D 3 ] = [ 1 4 7 2 5 8 3 6 9 ] {\displaystyle \mathbf {D} =\left[{\begin{array}{c | c | c }\mathbf {D} _{1}&\mathbf {D} _{2}&\mathbf {D} _{3}\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{c | c | c }1&4&7\\2&5&8\\3&6&9\end{array}}\right]} столбцовое произведение:
C ∗ D = [ C 1 ⊗ D 1 C 2 ⊗ D 2 C 3 ⊗ D 3 ] = [ 1 8 21 2 10 24 3 12 27 4 20 42 8 25 48 12 30 54 7 32 63 14 40 72 21 48 81 ] {\displaystyle \mathbf {C} \ast \mathbf {D} =\left[{\begin{array}{c | c | c }\mathbf {C} _{1}\otimes \mathbf {D} _{1}&\mathbf {C} _{2}\otimes \mathbf {D} _{2}&\mathbf {C} _{3}\otimes \mathbf {D} _{3}\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{c | c | c }1&8&21\\2&10&24\\3&12&27\\4&20&42\\8&25&48\\12&30&54\\7&32&63\\14&40&72\\21&48&81\end{array}}\right]} . Столбцовая версия произведения Хатри — Рао используется в линейной алгебре для аналитической обработки данных[ 3] и оптимизации решений проблемы обращения диагональных матриц[ 4] [ 5] ; в 1996 году его было предложено использовать в описании задачи совместного оценивания угла прихода и времени задержки сигналов в цифровой антенной решётке [ 6] , а также для описания отклика 4-координатного радара [ 7] .
Торцевое произведение матриц Существует альтернативная концепция произведения матриц, которая в отличие от столбцовой версии использует разбиение матриц на строки[ 8] — торцевое произведение (англ. face-splitting product )[ 7] [ 9] [ 10] или транспонированное произведение Хатри — Рао (англ. transposed Khatri — Rao product )[ 11] . Этот тип матричного умножения базируется на построчном произведении Кронекера двух и более матриц с одинаковым количеством строк. Например, для:
C = [ C 1 C 2 C 3 ] = [ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ] {\displaystyle \mathbf {C} =\left[{\begin{array}{c c}\mathbf {C} _{1}\\\hline \mathbf {C} _{2}\\\hline \mathbf {C} _{3}\\\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{c c c}1&2&3\\\hline 4&5&6\\\hline 7&8&9\end{array}}\right]} и D = [ D 1 D 2 D 3 ] = [ 1 4 7 2 5 8 3 6 9 ] {\displaystyle \mathbf {D} =\left[{\begin{array}{c }\mathbf {D} _{1}\\\hline \mathbf {D} _{2}\\\hline \mathbf {D} _{3}\\\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{c c c }1&4&7\\\hline 2&5&8\\\hline 3&6&9\end{array}}\right]} можно записать[ 7] :
C ∙ D = [ C 1 ⊗ D 1 C 2 ⊗ D 2 C 3 ⊗ D 3 ] = [ 1 4 7 2 8 14 3 12 21 8 20 32 10 25 40 12 30 48 21 42 63 24 48 72 27 54 81 ] {\displaystyle \mathbf {C} \bullet \mathbf {D} =\left[{\begin{array}{c }\mathbf {C} _{1}\otimes \mathbf {D} _{1}\\\hline \mathbf {C} _{2}\otimes \mathbf {D} _{2}\\\hline \mathbf {C} _{3}\otimes \mathbf {D} _{3}\\\end{array}}\right]=\left[{\begin{array}{c c c c c c c c c }1&4&7&2&8&14&3&12&21\\\hline 8&20&32&10&25&40&12&30&48\\\hline 21&42&63&24&48&72&27&54&81\end{array}}\right]} . Транспонирование (1996[ 7] [ 9] [ 12] ):
( A ∙ B ) T = A T ∗ B T {\displaystyle \left(\mathbf {A} \bullet \mathbf {B} \right)^{\textsf {T}}={\textbf {A}}^{\textsf {T}}\ast \mathbf {B} ^{\textsf {T}}} , Коммутативность и ассоциативная операция [ 7] [ 9] [ 12] :
A ∙ ( B + C ) = A ∙ B + A ∙ C , ( B + C ) ∙ A = B ∙ A + C ∙ A , ( k A ) ∙ B = A ∙ ( k B ) = k ( A ∙ B ) , ( A ∙ B ) ∙ C = A ∙ ( B ∙ C ) , {\displaystyle {\begin{aligned}\mathbf {A} \bullet (\mathbf {B} +\mathbf {C} )&=\mathbf {A} \bullet \mathbf {B} +\mathbf {A} \bullet \mathbf {C} ,\\(\mathbf {B} +\mathbf {C} )\bullet \mathbf {A} &=\mathbf {B} \bullet \mathbf {A} +\mathbf {C} \bullet \mathbf {A} ,\\(k\mathbf {A} )\bullet \mathbf {B} &=\mathbf {A} \bullet (k\mathbf {B} )=k(\mathbf {A} \bullet \mathbf {B} ),\\(\mathbf {A} \bullet \mathbf {B} )\bullet \mathbf {C} &=\mathbf {A} \bullet (\mathbf {B} \bullet \mathbf {C} ),\\\end{aligned}}} где A {\displaystyle \mathbf {A} } , A {\displaystyle \mathbf {A} } и C {\displaystyle \mathbf {C} } — матрицы, а k {\displaystyle k} — скаляр,
a ∙ B = B ∙ a {\displaystyle a\bullet \mathbf {B} =\mathbf {B} \bullet a} ,[ 12] где a {\displaystyle a} - вектор с количеством элементов, равным количеству строк матрицы B {\displaystyle \mathbf {B} } ,
Свойство смешанного произведения (1997[ 12] ):
( A ∙ B ) ( A T ∗ B T ) = ( A A T ) ∘ ( B B T ) {\displaystyle (\mathbf {A} \bullet \mathbf {B} )\left(\mathbf {A} ^{\textsf {T}}\ast \mathbf {B} ^{\textsf {T}}\right)=\left(\mathbf {A} \mathbf {A} ^{\textsf {T}}\right)\circ \left(\mathbf {B} \mathbf {B} ^{\textsf {T}}\right)} , ( A ∙ B ) ( C ∗ D ) = ( A C ) ∘ ( B D ) {\displaystyle (\mathbf {A} \bullet \mathbf {B} )(\mathbf {C} \ast \mathbf {D} )=(\mathbf {A} \mathbf {C} )\circ (\mathbf {B} \mathbf {D} )} [ 10] , ( A ∙ B ∙ C ∙ D ) ( L ∗ M ∗ N ∗ P ) = ( A L ) ∘ ( B M ) ∘ ( C N ) ∘ ( D P ) {\displaystyle (\mathbf {A} \bullet \mathbf {B} \bullet \mathbf {C} \bullet \mathbf {D} )(\mathbf {L} \ast \mathbf {M} \ast \mathbf {N} \ast \mathbf {P} )=(\mathbf {A} \mathbf {L} )\circ (\mathbf {B} \mathbf {M} )\circ (\mathbf {C} \mathbf {N} )\circ (\mathbf {D} \mathbf {P} )} [ 11] [ 13] , ( A ∗ B ) T ( A ∗ B ) = ( A T A ) ∘ ( B T B ) {\displaystyle (\mathbf {A} \ast \mathbf {B} )^{\textsf {T}}(\mathbf {A} \ast \mathbf {B} )=(\mathbf {A} ^{\textsf {T}}\mathbf {A} )\circ (\mathbf {B} ^{\textsf {T}}\mathbf {B} )} [ 14] , где ∘ {\displaystyle \circ } обозначает произведение Адамара .
Также выполняются следующие свойства:
( A ∘ B ) ∙ ( C ∘ D ) = ( A ∙ C ) ∘ ( B ∙ D ) {\displaystyle (\mathbf {A} \circ \mathbf {B} )\bullet (\mathbf {C} \circ \mathbf {D} )=(\mathbf {A} \bullet \mathbf {C} )\circ (\mathbf {B} \bullet \mathbf {D} )} [ 12] , a ⊗ ( B ∙ C ) = ( a ⊗ B ) ∙ C {\displaystyle \ a\otimes (\mathbf {B} \bullet \mathbf {C} )=(a\otimes \mathbf {B} )\bullet \mathbf {C} } ,[ 7] где a {\displaystyle a} - вектор-строка, ( A ⊗ B ) ( C ∗ D ) = ( A C ) ∗ ( B D ) {\displaystyle (\mathbf {A} \otimes \mathbf {B} )(\mathbf {C} \ast \mathbf {D} )=(\mathbf {A} \mathbf {C} )\ast (\mathbf {B} \mathbf {D} )} [ 14] , ( A ∙ B ) ( C ⊗ D ) = ( A C ) ∙ ( B D ) {\displaystyle (\mathbf {A} \bullet \mathbf {B} )(\mathbf {C} \otimes \mathbf {D} )=(\mathbf {A} \mathbf {C} )\bullet (\mathbf {B} \mathbf {D} )} [ 13] , ( A ∙ L ) ( B ⊗ M ) … ( C ⊗ S ) = ( A B … C ) ∙ ( L M . . . S ) {\displaystyle (\mathbf {A} \bullet \mathbf {L} )(\mathbf {B} \otimes \mathbf {M} )\dots (\mathbf {C} \otimes \mathbf {S} )=(\mathbf {A} \mathbf {B} \dots \mathbf {C} )\bullet (\mathbf {L} \mathbf {M} ...\mathbf {S} )} , c T ∙ d T = c T ⊗ d T {\displaystyle c^{\textsf {T}}\bullet d^{\textsf {T}}=c^{\textsf {T}}\otimes d^{\textsf {T}}} [ 12] , c ∗ d = c ⊗ d {\displaystyle c\ast d=c\otimes d} , где c {\displaystyle c} и d {\displaystyle d} являются векторами согласованной размерности, ( A ∗ c T ) d = ( A ∗ d T ) c {\displaystyle (\mathbf {A} \ast c^{\textsf {T}})d=(\mathbf {A} \ast d^{\textsf {T}})c} [ 15] , d T ( c ∙ A T ) = c T ( d ∙ A T ) {\displaystyle d^{\textsf {T}}(c\bullet \mathbf {A} ^{\textsf {T}})=c^{\textsf {T}}(d\bullet \mathbf {A} ^{\textsf {T}})} , ( A ∙ B ) ( c ⊗ d ) = ( A c ) ∘ ( B d ) {\displaystyle (\mathbf {A} \bullet \mathbf {B} )(c\otimes d)=(\mathbf {A} c)\circ (\mathbf {B} d)} [ 16] , где c {\displaystyle c} и d {\displaystyle d} являются векторами согласованной размерности (следует из свойств 3 и 8), ( A ∙ B ) ( M N c ⊗ Q P d ) = ( A M N c ) ∘ ( B Q P d ) {\displaystyle (\mathbf {A} \bullet \mathbf {B} )(\mathbf {M} \mathbf {N} c\otimes \mathbf {Q} \mathbf {P} d)=(\mathbf {A} \mathbf {M} \mathbf {N} c)\circ (\mathbf {B} \mathbf {Q} \mathbf {P} d)} , W ( C ( 1 ) x ⋆ C ( 2 ) y ) = ( W C ( 1 ) ∙ W C ( 2 ) ) ( x ⊗ y ) = W C ( 1 ) x ∘ W C ( 2 ) y {\displaystyle {\mathcal {W}}(C^{(1)}x\star C^{(2)}y)=({\mathcal {W}}C^{(1)}\bullet {\mathcal {W}}C^{(2)})(x\otimes y)={\mathcal {W}}C^{(1)}x\circ {\mathcal {W}}C^{(2)}y} , где W {\displaystyle {\mathcal {W}}} является матрицей дискретного преобразования Фурье , ⋆ {\displaystyle \star } - символ векторной свёртки (тождество следует из свойств отсчётного скетча [ 17] ),
A ∙ B = ( A ⊗ 1 c T ) ∘ ( 1 k T ⊗ B ) {\displaystyle \mathbf {A} \bullet \mathbf {B} =(\mathbf {A} \otimes \mathbf {1_{c}} ^{\textsf {T}})\circ (\mathbf {1_{k}} ^{\textsf {T}}\otimes \mathbf {B} )} [ 18] , где A {\displaystyle \mathbf {A} } - r × c {\displaystyle r\times c} матрица, B {\displaystyle \mathbf {B} } - r × k {\displaystyle r\times k} матрица, 1 c {\displaystyle \mathbf {1_{c}} } , 1 k {\displaystyle \mathbf {1_{k}} } - векторы из c {\displaystyle c} и k {\displaystyle k} единиц соответственно, M ∙ M = ( M ⊗ 1 T ) ∘ ( 1 T ⊗ M ) {\displaystyle \mathbf {M} \bullet \mathbf {M} =(\mathbf {M} \otimes \mathbf {1} ^{\textsf {T}})\circ (\mathbf {1} ^{\textsf {T}}\otimes \mathbf {M} )} [ 19] , где M {\displaystyle \mathbf {M} } является r × c {\displaystyle r\times c} матрицей, ∘ {\displaystyle \circ } - произведение Адамара и 1 {\displaystyle \mathbf {1} } - вектор из c {\displaystyle c} единиц. M ∙ M = M [ ∘ ] ( M ⊗ 1 T ) {\displaystyle \mathbf {M} \bullet \mathbf {M} =\mathbf {M} [\circ ](\mathbf {M} \otimes \mathbf {1} ^{\textsf {T}})} , где [ ∘ ] {\displaystyle [\circ ]} - символ проникающего торцевого произведения матриц. По аналогии, P ∗ N = ( P ⊗ 1 c ) ∘ ( 1 k ⊗ N ) {\displaystyle \mathbf {P} \ast \mathbf {N} =(\mathbf {P} \otimes \mathbf {1_{c}} )\circ (\mathbf {1_{k}} \otimes \mathbf {N} )} , где P {\displaystyle \mathbf {P} } - c × r {\displaystyle c\times r} матрица, N {\displaystyle \mathbf {N} } - k × r {\displaystyle k\times r} матрица, W d A = w ∙ A {\displaystyle \mathbf {W_{d}} \mathbf {A} =\mathbf {w} \bullet \mathbf {A} } [ 12] , v e c ( ( w T ∗ A ) B ) = ( B T ∗ A ) w {\displaystyle vec((\mathbf {w} ^{\textsf {T}}\ast \mathbf {A} )\mathbf {B} )=(\mathbf {B} ^{\textsf {T}}\ast \mathbf {A} )\mathbf {w} } [ 10] , v e c ( A ( w ∙ B ) ) = ( B T ∗ A ) w {\displaystyle vec(\mathbf {A} (\mathbf {w} \bullet \mathbf {B} ))=(\mathbf {B} ^{\textsf {T}}\ast \mathbf {A} )\mathbf {w} } [ 11] , v e c ( A T W d A ) = ( A ∙ A ) T w {\displaystyle vec(\mathbf {A} ^{\textsf {T}}\mathbf {W_{d}} \mathbf {A} )=(\mathbf {A} \bullet \mathbf {A} )^{\textsf {T}}\mathbf {w} } [ 19] , v e c ( A W d A T ) = ( A T ∙ A T ) T w = ( A ∗ A ) w {\displaystyle vec(\mathbf {A} \mathbf {W_{d}} \mathbf {A} ^{\textsf {T}})=(\mathbf {A} ^{\textsf {T}}\bullet \mathbf {A} ^{\textsf {T}})^{\textsf {T}}\mathbf {w} =(\mathbf {A} \ast \mathbf {A} )\mathbf {w} } , где w {\displaystyle \mathbf {w} } - вектор, сформированный из диагональных элементов матрицы W d {\displaystyle \mathbf {W_{d}} } , v e c ( A ) {\displaystyle vec(\mathbf {A} )} - операция формирования вектора из матрицы A {\displaystyle \mathbf {A} } путём расположения одного под другим её столбцов.
Свойство поглощения произведения Кронекера:
( A ∙ L ) ( B ⊗ M ) . . . ( C ⊗ S ) ( K ∗ T ) = ( A B . . . C K ) ∘ ( L M . . . S T ) {\displaystyle (\mathbf {A} \bullet \mathbf {L} )(\mathbf {B} \otimes \mathbf {M} )...(\mathbf {C} \otimes \mathbf {S} )(\mathbf {K} \ast \mathbf {T} )=(\mathbf {A} \mathbf {B} ...\mathbf {C} \mathbf {K} )\circ (\mathbf {L} \mathbf {M} ...\mathbf {S} \mathbf {T} )} [ 10] [ 13] ( A ∙ L ) ( B ⊗ M ) . . . ( C ⊗ S ) ( c ⊗ d ) = ( A B . . . C c ) ∘ ( L M . . . S d ) {\displaystyle (\mathbf {A} \bullet \mathbf {L} )(\mathbf {B} \otimes \mathbf {M} )...(\mathbf {C} \otimes \mathbf {S} )(c\otimes d)=(\mathbf {A} \mathbf {B} ...\mathbf {C} c)\circ (\mathbf {L} \mathbf {M} ...\mathbf {S} d)} , ( A ∙ L ) ( B ⊗ M ) . . . ( C ⊗ S ) ( P c ⊗ Q d ) = ( A B . . . C P c ) ∘ ( L M . . . S Q d ) {\displaystyle (\mathbf {A} \bullet \mathbf {L} )(\mathbf {B} \otimes \mathbf {M} )...(\mathbf {C} \otimes \mathbf {S} )(\mathbf {P} c\otimes \mathbf {Q} d)=(\mathbf {A} \mathbf {B} ...\mathbf {C} \mathbf {P} c)\circ (\mathbf {L} \mathbf {M} ...\mathbf {S} \mathbf {Q} d)} , где c {\displaystyle c} и d {\displaystyle d} являются векторами согласованной размерности.
Например[ 16] :
( [ 1 0 0 1 1 0 ] ∙ [ 1 0 1 0 0 1 ] ) ( [ 1 1 1 − 1 ] ⊗ [ 1 1 1 − 1 ] ) ( [ σ 1 0 0 σ 2 ] ⊗ [ ρ 1 0 0 ρ 2 ] ) ( [ x 1 x 2 ] ∗ [ y 1 y 2 ] ) = ( [ 1 0 0 1 1 0 ] ∙ [ 1 0 1 0 0 1 ] ) ( [ 1 1 1 − 1 ] [ σ 1 0 0 σ 2 ] [ x 1 x 2 ] ⊗ [ 1 1 1 − 1 ] [ ρ 1 0 0 ρ 2 ] [ y 1 y 2 ] ) = [ 1 0 0 1 1 0 ] [ 1 1 1 − 1 ] [ σ 1 0 0 σ 2 ] [ x 1 x 2 ] ∘ [ 1 0 1 0 0 1 ] [ 1 1 1 − 1 ] [ ρ 1 0 0 ρ 2 ] [ y 1 y 2 ] . {\displaystyle {\begin{aligned}\\&\quad \left({\begin{bmatrix}1&0\\0&1\\1&0\end{bmatrix}}\bullet {\begin{bmatrix}1&0\\1&0\\0&1\end{bmatrix}}\right)\left({\begin{bmatrix}1&1\\1&-1\end{bmatrix}}\otimes {\begin{bmatrix}1&1\\1&-1\end{bmatrix}}\right)\left({\begin{bmatrix}\sigma _{1}&0\\0&\sigma _{2}\\\end{bmatrix}}\otimes {\begin{bmatrix}\rho _{1}&0\\0&\rho _{2}\\\end{bmatrix}}\right)\left({\begin{bmatrix}x_{1}\\x_{2}\end{bmatrix}}\ast {\begin{bmatrix}y_{1}\\y_{2}\end{bmatrix}}\right)\\[5pt]&\quad =\left({\begin{bmatrix}1&0\\0&1\\1&0\end{bmatrix}}\bullet {\begin{bmatrix}1&0\\1&0\\0&1\end{bmatrix}}\right)\left({\begin{bmatrix}1&1\\1&-1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\sigma _{1}&0\\0&\sigma _{2}\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}x_{1}\\x_{2}\end{bmatrix}}\,\otimes \,{\begin{bmatrix}1&1\\1&-1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\rho _{1}&0\\0&\rho _{2}\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}y_{1}\\y_{2}\end{bmatrix}}\right)\\[5pt]&\quad ={\begin{bmatrix}1&0\\0&1\\1&0\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}1&1\\1&-1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\sigma _{1}&0\\0&\sigma _{2}\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}x_{1}\\x_{2}\end{bmatrix}}\,\circ \,{\begin{bmatrix}1&0\\1&0\\0&1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}1&1\\1&-1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}\rho _{1}&0\\0&\rho _{2}\\\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}y_{1}\\y_{2}\end{bmatrix}}.\end{aligned}}} Если M = T ( 1 ) ∙ ⋯ ∙ T ( c ) {\displaystyle M=T^{(1)}\bullet \dots \bullet T^{(c)}} , где T ( 1 ) , … , T ( c ) {\displaystyle T^{(1)},\dots ,T^{(c)}} представляют собой независимые включения матрицы T {\displaystyle T} , содержащей строки T 1 , … , T m ∈ R d {\displaystyle T_{1},\dots ,T_{m}\in \mathbb {R} ^{d}} , такие, что E [ ( T 1 x ) 2 ] = ‖ x ‖ 2 2 {\displaystyle E[(T_{1}x)^{2}]=\|x\|_{2}^{2}} и E [ ( T 1 x ) p ] 1 / p ≤ a p ‖ x ‖ 2 {\displaystyle E[(T_{1}x)^{p}]^{1/p}\leq {\sqrt {ap}}\|x\|_{2}} , то | ‖ M x ‖ 2 − ‖ x ‖ 2 | < ε ‖ x ‖ 2 {\displaystyle |\|Mx\|_{2}-\|x\|_{2}|<\varepsilon \|x\|_{2}} с вероятностью 1 − δ {\displaystyle 1-\delta } для любого вектора x {\displaystyle x} , если количество строк m = ( 4 a ) 2 c ε − 2 log 1 / δ + ( 2 a e ) ε − 1 ( log 1 / δ ) c {\displaystyle m=(4a)^{2c}\varepsilon ^{-2}\log 1/\delta +(2ae)\varepsilon ^{-1}(\log 1/\delta )^{c}} . В частности, если элементами матрицы T {\displaystyle T} являются числа ± 1 {\displaystyle \pm 1} , можно получить m = O ( ε − 2 log 1 / δ + ε − 1 ( 1 c log 1 / δ ) c ) {\displaystyle m=O(\varepsilon ^{-2}\log 1/\delta +\varepsilon ^{-1}({\tfrac {1}{c}}\log 1/\delta )^{c})} , что при малых значениях ε {\displaystyle \varepsilon } согласуется с предельным значением m = O ( ε − 2 log 1 / δ ) {\displaystyle m=O(\varepsilon ^{-2}\log 1/\delta )} леммы Джонсона-Линденштрауса о распределении.
Примение блочного транспонированного торцевого произведения для описания отклика многогранной цифровой антенной решётки [ 13] Для блочных матриц с одинаковым количеством столбцов в соответствующих блоках:
A = [ A 11 A 12 A 21 A 22 ] {\displaystyle \mathbf {A} =\left[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}&\mathbf {A} _{12}\\\hline \mathbf {A} _{21}&\mathbf {A} _{22}\end{array}}\right]} и B = [ B 11 B 12 B 21 B 22 ] {\displaystyle \mathbf {B} =\left[{\begin{array}{c | c}\mathbf {B} _{11}&\mathbf {B} _{12}\\\hline \mathbf {B} _{21}&\mathbf {B} _{22}\end{array}}\right]} согласно определению[ 7] , блочное торцевое произведение A [ ∙ ] B {\displaystyle \mathbf {A} [\bullet ]\mathbf {B} } запишется в виде:
A [ ∙ ] B = [ A 11 ∙ B 11 A 12 ∙ B 12 A 21 ∙ B 21 A 22 ∙ B 22 ] {\displaystyle \mathbf {A} [\bullet ]\mathbf {B} =\left[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}\bullet \mathbf {B} _{11}&\mathbf {A} _{12}\bullet \mathbf {B} _{12}\\\hline \mathbf {A} _{21}\bullet \mathbf {B} _{21}&\mathbf {A} _{22}\bullet \mathbf {B} _{22}\end{array}}\right]} . Аналогично, для блочного транспонированного торцевого произведения (или блочного столбцового произведения Хатри — Рао ) двух матриц A [ ∗ ] B {\displaystyle \mathbf {A} [\ast ]\mathbf {B} } с одинаковым количеством столбцов в соответствующих блоках имеет место соотношение[ 7] :
A [ ∗ ] B = [ A 11 ∗ B 11 A 12 ∗ B 12 A 21 ∗ B 21 A 22 ∗ B 22 ] {\displaystyle \mathbf {A} [\ast ]\mathbf {B} =\left[{\begin{array}{c | c}\mathbf {A} _{11}\ast \mathbf {B} _{11}&\mathbf {A} _{12}\ast \mathbf {B} _{12}\\\hline \mathbf {A} _{21}\ast \mathbf {B} _{21}&\mathbf {A} _{22}\ast \mathbf {B} _{22}\end{array}}\right]} . Выполняется свойство транспонирования[ 13] :
( A [ ∗ ] B ) T = A T [ ∙ ] B T {\displaystyle \left(\mathbf {A} [\ast ]\mathbf {B} \right)^{\textsf {T}}={\textbf {A}}^{\textsf {T}}[\bullet ]\mathbf {B} ^{\textsf {T}}} Семейство торцевых произведений матриц используется в тензорно-матричной теории цифровых антенных решёток для радиотехнических систем[ 11] .
Торцевое произведение получило широкое распространение в системах машинного обучения, статистической обработке больших данных[ 16] . Оно позволяет сократить объёмы вычислений при реализации метода уменьшения размерности данных, получившего наименование тензорный скетч [ 16] , а также быстрого преобразования Джонсона — Линденштрауса [ 16] . При этом осуществляется переход от исходной проецирующей матрицы к произведению Адамара , оперирующему матрицами меньшей размерности. Погрешность аппроксимации данных большой размерности на основе торцевого произведения матриц соответствует лемме о малом искажении [ 16] [ 20] . В указанном контексте идея торцевого произведения➤ может быть использована для решения задачи дифференциальной приватности (англ. differential privacy )[ 15] . Кроме того, аналогичные вычисления были применены для формирования тензоров совместной встречаемости в задачах обработки естественного языка и построения гиперграфов подобия изображений[ 21] .
Торцевое произведение применяется для P-сплайн аппроксимации[ 18] , построения обобщённых линейных моделей массивов данных (GLAM) при их статистической обработке[ 19] и может быть использовано для эффективной реализации ядерного метода машинного обучения , а также изучения взаимодействия генотипов с окружающей средой.[ 22]
↑ Khatri C. G., C. R. Rao . Solutions to some functional equations and their applications to characterization of probability distributions (англ.) // Sankhya [англ.] : journal. — 1968. — Vol. 30 . — P. 167—180 . Архивировано 23 октября 2010 года. ↑ Zhang X; Yang Z; Cao C. (2002), "Inequalities involving Khatri–Rao products of positive semi-definite matrices", Applied Mathematics E-notes , 2 : 117—124 ↑ See e.g. H.D. Macedo and J.N. Oliveira. A linear algebra approach to OLAP . Formal Aspects of Computing, 27(2):283-307, 2015. ↑ Lev-Ari, Hanoch. Efficient Solution of Linear Matrix Equations with Application to Multistatic Antenna Array Processing (EN) // Communications in Information & Systems. — 2005. — 1 января (т. 05 , № 1 ). — С. 123—130 . — ISSN 1526-7555 . — doi :10.4310/CIS.2005.v5.n1.a5 . Архивировано 12 июля 2020 года. ↑ Masiero, B.; Nascimento, V. H. Revisiting the Kronecker Array Transform // IEEE Signal Processing Letters. — 2017. — 1 мая (т. 24 , № 5 ). — С. 525—529 . — ISSN 1070-9908 . — doi :10.1109/LSP.2017.2674969 . — Bibcode : 2017ISPL...24..525M . Архивировано 12 июля 2020 года. ↑ Vanderveen, M. C., Ng, B. C., Papadias, C. B., & Paulraj, A. (n.d.). Joint angle and delay estimation (JADE) for signals in multipath environments . Conference Record of The Thirtieth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers. — DOI:10.1109/acssc.1996.599145 ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Slyusar, V. I. (December 27, 1996). "End products in matrices in radar applications" (PDF) . Izvestiya VUZ: Radioelektronika.– 1998, Vol. 41; Number 3 : 50—53. Архивировано (PDF) 27 июля 2020 . Дата обращения: 27 июля 2020 . ↑ Anna Esteve, Eva Boj & Josep Fortiana (2009): Interaction Terms in Distance-Based Regression, Communications in Statistics — Theory and Methods, 38:19, P. 3501 [1] Архивная копия от 26 апреля 2021 на Wayback Machine ↑ 1 2 3 Slyusar, V. I. Analytical model of the digital antenna array on a basis of face-splitting matrix products (англ.) // Proc. ICATT- 97, Kyiv : journal. — 1997. — 20 May. — P. 108—109 . Архивировано 25 января 2020 года. ↑ 1 2 3 4 Slyusar, V. I. (1999). "A Family of Face Products of Matrices and its Properties" (PDF) . Cybernetics and Systems Analysis C/C of Kibernetika I Sistemnyi Analiz . 35 (3): 379—384. doi :10.1007/BF02733426 . Архивировано (PDF) 25 января 2020 . Дата обращения: 12 июля 2020 . ↑ 1 2 3 4 Миночкин А. И., Рудаков В. И., Слюсар В. И. Основы военно-технических исследований. Теория и приложения. Том. 2. Синтез средств информационного обеспечения вооружения и военной техники // Под ред. А. П. Ковтуненко. — Киев: «Гранмна». — 2012. (неопр.) C. 7 - 98; 354 - 521 (2012). Дата обращения: 12 июля 2020. Архивировано 25 января 2020 года. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Slyusar, V. I. (1997-09-15). "New operations of matrices product for applications of radars" (PDF) . Proc. Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory (DIPED-97), Lviv. : 73—74. Архивировано (PDF) 25 января 2020 . Дата обращения: 12 июля 2020 . ↑ 1 2 3 4 5 Vadym Slyusar. New Matrix Operations for DSP (Lecture). April 1999. - DOI: 10.13140/RG.2.2.31620.76164/1 ↑ 1 2 C. Radhakrishna Rao . Estimation of Heteroscedastic Variances in Linear Models.//Journal of the American Statistical Association, Vol. 65, No. 329 (Mar., 1970), pp. 161-172 ↑ 1 2 Kasiviswanathan, Shiva Prasad, et al. «The price of privately releasing contingency tables and the spectra of random matrices with correlated rows.» Proceedings of the forty-second ACM symposium on Theory of computing. 2010. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Ahle, Thomas; Knudsen, Jakob Almost Optimal Tensor Sketch (неопр.) . [2] (3 сентября 2019). Дата обращения: 11 июля 2020. Архивировано 14 июля 2020 года. ↑ Ninh, Pham; Rasmus, Pagh (2013). Fast and scalable polynomial kernels via explicit feature maps . SIGKDD international conference on Knowledge discovery and data mining. Association for Computing Machinery. doi :10.1145/2487575.2487591 . ↑ 1 2 Eilers, Paul H.C.; Marx, Brian D. (2003). "Multivariate calibration with temperature interaction using two-dimensional penalized signal regression". Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems . 66 (2): 159—174. doi :10.1016/S0169-7439(03)00029-7 . ↑ 1 2 3 Currie, I. D.; Durban, M.; Eilers, P. H. C. (2006). "Generalized linear array models with applications to multidimensional smoothing". Journal of the Royal Statistical Society . 68 (2): 259—280. doi :10.1111/j.1467-9868.2006.00543.x . ↑ Ahle, Thomas; Kapralov, Michael; Knudsen, Jakob; Pagh, Rasmus; Velingker, Ameya; Woodruff, David; Zandieh, Amir (2020). Oblivious Sketching of High-Degree Polynomial Kernels . ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms. Association for Computing Machinery. doi :10.1137/1.9781611975994.9 . ↑ Bryan Bischof. Higher order co-occurrence tensors for hypergraphs via face-splitting. Published 15 February, 2020, Mathematics, Computer Science, ArXiv Архивная копия от 25 ноября 2020 на Wayback Machine ↑ Johannes W. R. Martini, Jose Crossa, Fernando H. Toledo, Jaime Cuevas. On Hadamard and Kronecker products in covariance structures for genotype x environment interaction.//Plant Genome. 2020;13:e20033. Page 5. [3]