向量
2025-01-22 08:19:30    965 字   
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1. 物理角度

物理学的角度,所谓「向量」就是一个具有方向大小的量,通常是在平面上用箭头表示。

一个平面向量可以出现在任何位置,但只要方向和大小相同,向量就是相等的。除了二维平面向量,还有三维的空间向量。

物理中可以用向量表示速度,位移,加速度,力


2. 计算机角度

从计算机编程角度,向量是一系列有序的列表,这些数字可以用纵列表示:

计算机向量 - 有序的列表

例如:用两个数字表示购入房子的关注点

面积:100平

价格:¥800000

将这两个关注点转换为向量:

结果-1

向量的两个数字位置很重要,数字的顺序不能交换

计算机向量中顺序不能调换


3. 数学角度

向量可以表示任何东西,只要保证 相加、相乘 都是有意义。

线性代数中,通常将向量的起点定为空间的原点。

不同于物理专业中以箭头形式表示向量,向量的起点可以是任意位置。

二维向量在XY平面中的表现形式:

二维向量在XY平面中的表现形式

三维向量在XYZ平面中的表现形式:

三维向量在XYZ平面中的表现形式


4. 线性代数如何描述向量

向量有一个几何"形象" - 箭头。在线性代数中,所有向量的几何表示都在直角坐标系内,箭头的尾巴永远位于坐标系的原点。(如上面两张图)

向量在坐标上的代数表示,是一对数字,即坐标点,它的作用是确定从原点出发的向量如何得到它在坐标系上的顶点。

如下图,其中[-2,3]的意义是:

-2:该向量沿X轴向左移动了2个单位。

3:该向量沿Y轴向上移动了3个单位。

二维向量在XY平面中的表现形式

移动:所有向量都可以看做是从原点位置出发移动所产生的;

移动方式:不要将"移动"看做是从原点到顶点坐标的直接移动,而是分两步 - 先水平再垂直 或者反之。(这一点十分重要)

有时需要区分"向量"和"点" 在表示方面的概念。

向量是纵列的两个数(如上提到的公式);

点则是通常熟悉的方式:(-4,3),横列的两个数;

三维体系中的向量概念限于篇幅不展开,可以查阅Reference


5. 向量的加法

如下图,有V和W两个向量。

向量加法-1

从几何角度看,两个向量相加,就是把W平移到V的顶端,两个向量收尾相连;两个向量的和就是从原点到移动后W的顶点。(如下图)

向量加法-2

从直观上看,从原点到W的顶点,有两条路:

1、从原点经V、W,到达终点。

2、近路:从原点直接到达终点(这个近路得到的新向量就是V+W的和)。

向量加法-3


6. 代数角度分析

从代数角度分析,这两个向量所代表的的坐标如下(每格0.5):

向量加法代数角度-1

向量加法的结果:

向量加法代数角度-2
结果-2


7. 标量乘法

标量(scale)的基本意思:体量规模的大小伸缩,意义:使向量可以伸缩。

鸡蛋3块钱一斤,买了5斤,一共是15块钱;3的单位是钱,而5的单位是重量。

3块 x 5斤,所表示的,3这个量被5放大,所以得到的值是放大了5倍的货币的值。

例如向量V[3,1],如果体量翻番,则是 2 * [3,1] = [6,2]

标量乘法-1

做标量运算:V * 2 = 2V = [6,2]

标量乘法-2


8. Reference