К содержимому

Скалярное произведение: из двух векторов в число

Как в учебнике

Для действительных векторов $v,w\in\mathbb R^d$ скалярное произведение равно $v^{\mathsf T}w=\sum_{i=1}^d v_iw_i$. Длины векторов должны совпадать. Результат — одно действительное число. Другое обозначение — $\langle v,w\rangle$.

При $v=(3,-4)^{\mathsf T}$ и $w=(1,2)^{\mathsf T}$ вычисление даёт $3\cdot1+(-4)\cdot2=-5$. Отрицательные вклады не отбрасываются и не заменяются модулями. В отличие от поэлементного произведения, отдельные результаты координат затем складываются; это меняет тип результата.

Перестановка двух векторов не меняет результат: в каждой координате $v_iw_i=w_iv_i$. Кроме того, $v^{\mathsf T}v=\sum_i v_i^2\ge0$, и для действительных координат равенство нулю возможно только у нулевого вектора. Для двух разных векторов нулевой результат такого вывода не даёт: положительные и отрицательные вклады могут сократиться. Вычисление требует согласованного порядка координат, а не только одинаковой длины списков.

Определения и дальнейшее чтение: Mathematics for Machine Learning.

На пальцах

Скалярное произведение похоже на итог счёта: количество каждого товара умножается на его цену, затем вклады складываются. Пары должны соответствовать друг другу по позиции, иначе оплачивается странный ассортимент. В математической модели веса могут быть отрицательными, как скидки или вычеты, поэтому знаки сохраняются. Результат — одно число; оставшийся список означает, что кассир ещё не подвёл итог.

Пример

Исходные учебные векторы — $(3,-4)^{\mathsf T}$ и $(1,2)^{\mathsf T}$. Сначала вычисляются два вклада, затем они складываются с сохранением знаков.

Скалярное произведение: из двух векторов в число

Первая координата

Произведение 3 и 1 даёт вклад 3.

Шаг 1 из 3: Первая координата

Все шаги текстом
  1. Первая координата

    Произведение 3 и 1 даёт вклад 3.

    Состояние
    3 × 1текущий3текущий
  2. Вторая координата

    Произведение −4 и 2 даёт отрицательный вклад −8.

    Состояние
    −4 × 2текущий−8текущий
  3. Один итог

    Сумма вкладов равна −5; результат — число.

    Состояние
    3текущий−8текущий−5текущий

После первого шага накоплено 3, после второго добавляется −8, поэтому итог уменьшается до −5. Модуль результата 5 не заменяет ответ: знак несёт часть информации о сумме вкладов. Если перепутать координаты только у второго вектора, выйдет $3\cdot2+(-4)\cdot1=2$, то есть другой расчёт. Обе строки должны сохранять один и тот же порядок признаков на всех шагах.

Дальше: Поэлементное произведение.

Авторский текст этой бесплатной статьи опубликован по лицензии CC BY-NC-ND 4.0.

Предыдущая / следующая

Предыдущая
Координатный вектор: порядок и размерность
Следующая
Норма вектора: что считать длиной
  • Натуральные числа: счёт отдельных объектов

    Какие значения подходят для счёта и почему включение нуля нужно оговаривать.

    Читать статью
    Математика
  • Целые числа: счёт по обе стороны нуля

    Положительные и отрицательные целые, ноль и граница целочисленного деления.

    Читать статью
    Математика
  • Рациональные числа: отношение целых

    Число как отношение целых: равные дроби и обязательный ненулевой знаменатель.

    Читать статью
    Математика