使用tensorflow实现矩阵分解方式

Veronica ·

更新时间:2024-09-21

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采用最小二乘的求逆方法在大部分情况下是低效率的。特别地，当局镇非常大时效率更低。另外一种实现方法是矩阵分解，此方法使用tensorflow内建的Cholesky矩阵分解法。Cholesky矩阵分解法把一个矩阵分解为上三角矩阵和下三角矩阵，L和L'。求解Ax=b，改写成LL'=b。首先求解Ly=b，然后求解L'x=y得到系数矩阵。

1. 导入编程库，初始化计算图，生成数据集。接着获取矩阵A和b。


>>> import matplotlib.pyplot as plt
>>> import numpy as np
>>> import tensorflow as tf
>>> from tensorflow.python.framework import ops
>>> ops.reset_default_graph()
>>> sess=tf.Session()
>>> x_vals=np.linspace(0,10,100)
>>> y_vals=x_vals+np.random.normal(0,1,100)
>>> x_vals_column=np.transpose(np.matrix(x_vals))
>>> ones_column=np.transpose(np.matrix(np.repeat(1,100)))
>>> A=np.column_stack((x_vals_column,ones_column))
>>> b=np.transpose(np.matrix(y_vals))
>>> A_tensor=tf.constant(A)
>>> b_tensor=tf.constant(b)

2. 找到方阵的Cholesky矩阵分解。

注意：tensorflow的cholesky（）函数仅仅返回矩阵分解的下三角矩阵，因为上三角矩阵是下三角矩阵的转置矩阵。


>>> tA_A=tf.matmul(tf.transpose(A_tensor),A_tensor)
>>> L=tf.cholesky(tA_A)
>>> tA_b=tf.matmul(tf.transpose(A_tensor),b)
>>> sol1=tf.matrix_solve(L,tA_b)
>>> sol2=tf.matrix_solve(tf.transpose(L),sol1)

3. 抽取系数


>>> solution_eval=sess.run(sol2)
>>> solution_eval
array([[1.01379067],
    [0.02290901]])
>>> slope=solution_eval[0][0]
>>> y_intercept=solution_eval[1][0]
>>> print('slope:'+str(slope))
slope:1.0137906744047482
>>> print('y_intercept:'+str(y_intercept))
y_intercept:0.022909011828880693
>>> best_fit=[]
>>> for i in x_vals:
...  best_fit.append(slope*i+y_intercept)
...
>>> plt.plot(x_vals,y_vals,'o',label='Data')
[<matplotlib.lines.Line2D object at 0x000001E0A58DD9B0>]
>>> plt.plot(x_vals,best_fit,'r-',label='Best fit line',linewidth=3)
[<matplotlib.lines.Line2D object at 0x000001E0A2DFAF98>]
>>> plt.legend(loc='upper left')
<matplotlib.legend.Legend object at 0x000001E0A58F03C8>
>>> plt.show()