Összefoglalás (nem teljes) I.fé – számolástechniaki alapok, „látható” vektorterek II. félév: általános vektorterek+euklideszi terek+komplex test feletti terek
Egymásba alakíthatóság A felhasználó bejelöli az egymásnak megfelelő pontokat Mi az a legoptimálisabb transzformáció, ami az egyszarvút az oroszlánba viszi?
Motivation – Shape Matching Az alakzatot mint pontok halmazát tekintve megpróbálják a pontokat egymáshoz rendelni, majd a legjobb lineáris transzformációt alkalmazni.
Motivation – Shape Matching A legjobb forgatáshoz a SVD segítségével juthatunk
Principal Component Analysis x Adott pontok halmazához keressük meg a legjobban illeszkedő egyenest- legkisebb négyzetek módszere
Principal Component Analysis x’ x Adott pontok halmazához keressük meg a legjobban illeszkedő egyenest- legkisebb négyzetek módszere
Principal Component Analysis x’ x Adott pontok halmazához keressük meg a legjobban illeszkedő egyenest- legkisebb négyzetek módszere: a pontok egyenestől mért távolságának négyzete a legkisebb
Principal Component Analysis Singular Value Decomposition PCA és SVD igen fontos eszközök a számítógéped grafikában, statisztikában, computeres látásban, stb. Ehhez sv., sé, dekomponálás kell. SVD: A = UV T diagonális és A szinguláris értékeit tartalmazza
Vektortér V v, w V v + w V asszociatív van egység, a 0 van erre nézve inverz v V, skalár v V Vegyes asszoc., vegyes disztr
Alterek -Példa l 2D origón áthaladó egyenes – R2 altere y O x
Alterek -Példa origón áthaladó sík z O y x
Lineáris függetlenség, függőség {v1, v2, …, vk} Lfgtlen, ha 1v1 + 2v2 + … + kvk = 0 i = 0 i Egyik vektor sem kapható meg a többi lin. kombinációjával
Lineáris függetlenség, függőség Parallel vekorok mindig függők Ortogonális vektorok mindig fgtlenek: v = 2.4 w v + (2.4)w = 0 v w
V = {1v1 + 2v2 + … + nvn | i is skalár} Bázis {v1, v2, …, vn} lineárisan fgtlen {v1, v2, …, vn} kifeszíti az egész vektorteret V = {1v1 + 2v2 + … + nvn | i is skalár} Bármely vektor a bázisvektorok egyértelmű lineáris kombinációja. Dimenzió: bázisvektorok száma
Basis - example Sztandard/kanonikus bázis R3 – i, j, k e1, e2, e3) z y
A grayscale kép M pixel x N pixels M×N mátrix-szal reprezentálható A grayscale kép M pixel x N pixels M×N mátrix-szal reprezentálható. Elemei [0,1]-beli számok , a pixel grayscale intenzitását jelentik in [0,1] with 0=black and 1=white. (Matlab)
Példa bázis használatára Grayscale NM pixeles kép: Minden pixelnek 0 és 1 közti értéke van, (pl a 0 =fehér, az 1= fekete) A képet értelmezhetjük vektorként: vektor RNM N M
The “standard” basis (44)
Linearis kombináció *1 + *(2/3) + *(1/3) =
Red-Green-Blue
Másfajta bázis http://hkn.colorado.edu/resources/latex/jpeg-paper/appm3310-project-final.pdf (cosine basis: Discrete Cosine Transform DCT)
http://www. inf. u-szeged http://www.inf.u-szeged.hu/~kato/teaching/DigitalisKepfeldolgozasTG/12-ImageCoding.pdf 43:1, 6 KB eredeti, 262 KB 12:1, 22 KB
Mátrix reprezentáció {v1, v2, …, vn} bázis V-ben v = 1v1 + 2v2 + … + nvn
Lineáris leképezések A : V W : A(0) = 0 Geo transzf. - grafika: A(v + w) = A(v) + A(w) A( v) = A(v) A(0) = 0 Geo transzf. - grafika: Skálázás – diag. Forgatás, tükrözés Eltolás NEM lineáris – az origó is elmozdul-de mátrix művelettel ez i smegoldható
Lineáris leképezések - példa Forgatás: R(v+w) v+w w w v v
Lineáris leképezés - példa Forgatás lineáris transzformáció: R(v+w) v+w R(w) w w v v
Lineáris leképezés - példa Forgatás lineáris transzformáció R(v+w) v+w R(v) R(w) w w v v
Lineáris leképezés - példa Forgatás lineáris transzformáció R(v+w) R(v)+R(w) v+w R(v) R(w) w w v v R(v+w) = R(v) + R(w)
Leképezés mátrixa A(v1),…, A(vn) -{v1, v2, …, vn} bázis. Más vektorokra: v = 1v1 + 2v2 + … + nvn A(v) = 1A(v1) + 2A(v2) + … + nA(vn) Ha tudjuk A hova képezi le a bázisvektorokat, akkor a leképezés mátrix reprezentációja A:
Matrix representation of linear operators
Matrix operations +, -, skalársoros, egyszerű Fontos: Mátrix * vektor b
Mátrix és vektor szorzata Ab az A oszlopainak lineáris kombinációja!
Matrix operations Transzponált: (AB)T = BTAT
Matrix műveletek skalárszorzat:
Ortogonális mátrix A (nn) A1 = AT AAT = ATA = I Sorok: A ortonormált vektorok! v1 I = ATA = v2 v1 v2 vn = viTvj = ij vn <vi, vi> = 1 ||vi|| = 1; <vi, vj> = 0
Ortogonális leképezés Megőrzi a skalárszorzatot ||Av|| = ||v|| (Av,Aw) = (v,w)- normatartó, szögtartó, távolságtartó
Ortogonális transzformáció R3 Forgatás: R3 : Akármilyen 3 x 3-as: detA = +1 csak forgatás detA = 1 és tükrözés
SV, SÉ v sajátvektora A nak: - sajátérték Av = v ( is a skalár) v 0 - sajátérték Av = v A(v) = ( v) v Av = v, Aw = w A(v+w) = (v+w) sajátaltér Magtér, képtér
SV, SÉ Térbeli forgatás – sv –tengely invariáns O
SÉ, SV számítások Ax = x Ax – x = 0 Ax – Ix = 0 (AI) x = 0 s det(A – I) = 0 (Kar. egy) Vagyis min 2 komplex gyök, ha n ptlan , akkor valós gyök.
C felett:
Spektrum és diagonalizáció Spektrum sé-k A diagonalizálható, ha n fgtlen sé-je van. (pl. ha minden sé különböző) AV = VD A 1 2 v1 v2 = vn v1 v2 vn n
Spektrum és diagonalizáció 1 1 2 = v1 v2 vn v1 v2 vn n A = VDV1
V A D Forg.,tükr Másik ortnorm bázis ortonormált bázis
Spektrum és diagonalizáció
Spektrum és diagonalizáció
Spektrum és diagonalizáció
Spektrum és diagonalizáció eigenbasis
Spektrum és diagonalizáció A normal ha AAT = ATA. szimmetrikus A = AT. normal nn matrixnak n kböző sajátvektora van! Szimmetrikus: sé valós ->ortogonálisak-> van sv bázis! Áttérés SV bázisra: D=T-1AS, S-1AS=D Mátrix magasabb hatványai, kvadratokus alakok főtengelytranszformáció
Why SVD… Diagonalizálható mátrix: skálázás Legtöbb nem diag. – nemcsak kicsinyítenek/nagyítanak/nyírnak, hanem pl. forgatnak is. Sé, sv nem elegendő SVD elárulja, hogyan viselkednek az ált. lin. transzformációk