204 汎用逆行列プログラム
汎用逆行列プログラムは行数と列数の異なる行列(正則ではない)の逆行列を求めることができるように、
正則逆行列を拡張したものです。
正則行列でない場合は、ムーアペンローズ逆行列が得られます。
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操作画面は次の通りです。                
  青色 データの行列範囲として、ドラッグして選択します。
   
  ムーアペンローズ逆行列出力  
  正則行列ではない場合、クリックしてチェックを  
  入れます。  
   
  中間出力  
  中間出力を表示させたい場合に、クリックして
  チェックを入れます。  
   
  出力先 出力を開始したいセル1か所をクリックして  
  選択します。  
   
  開始 設定が終了したら、「開始」をクリックします。  
               
【サンプルデータA】
5 1 1
1 3 1
1 2 3
【出力結果」  (実際のプログラムでは、罫線などの表示はありません。
逆行列(ランク=3) ムーアペンローズ逆行列
0.21875 -0.0313 -0.0625 0.21875 -0.0313 -0.0625
-0.0625 0.4375 -0.125 -0.0625 0.4375 -0.125
-0.0313 -0.2813 0.4375 -0.0313 -0.2813 0.4375
【サンプルデータB】
次のような連立方程式は
@ 5*x1+6*x2+x3=3
A 2*x1+4*x2+3*x3=6
B x1+3*x2+2*x3=5
C 3*x1+3*x2+6*x3=4
@とAからDをつくり
D 7*x1+10*x2+4*x3=9 
B、CとDから解くと、
答え
x1 -1.6667
x2 1.83333
x3 0.58333 が得られます。
またBとCから、Eを作り
E 4*x1+6*x2+8*x3=9
@、AとEから解くと
答え
x1 -2
x2 2.07143
x3 0.57143 が得られます。
結果ケッカ不安定フアンテイになっています。
そこで、ギャク行列ギョウレツによって、誤差が少ない解を求めてみます。
ウエ連立レンリツ方程式ホウテイシキ係数ケイスウ行列ギョウレツは、ツギのようにアラワせます。
x1 x2 x3 定数テイスウ
5 6 1 3
2 4 3 6
1 3 2 5
3 3 6 4
ウエ係数ケイスウ行列ギョウレツ逆行列ギャクギョウレツとしてムーアベンローズギャク行列ギョウレツモトめます。
ムーアペンローズ逆行列 逆行列(ランク=3)
0.2524 -0.2716 -0.3546 0.21193 0.11111 1 -1.5556
-0.0256 0.23003 0.28275 -0.205 0.11111 -1 1.44444
-0.115 0.03514 0.02236 0.16081 -0.2222 1 -0.8889
ウエのムーアペンローズ逆行列と定数テイスウ行列ギョウレツとの乗算ジョウザンオコナいます。
定数テイスウ コタ
0.2524 -0.2716 -0.3546 0.21193 3 -1.7977
-0.0256 0.23003 0.28275 -0.205 * 6 = 1.89721
-0.115 0.03514 0.02236 0.16081 5 0.62082
4
検証ケンショウすると、誤差ゴサスクないカイであることがわかります。
コタ 定数テイスウ
5 6 1 -1.7977 3.01583
2 4 3 * 1.89721 = 5.856
1 3 2 0.62082 5.13562
3 3 6 4.0236
逆行列の計算は、まず固有値と固有ベクトルを求めて、正則性を検査します。
次に掃き出し法によって、正則の逆行列を求めます。
次に、転置行列をしようして、ムーアベンローズの逆行列を計算します。
以下に、いろいろなケースの逆行列計算結果を示します。
1 2 3 1 2 1 1
2 3 1 2 3 1 -2
3 1 -2 1
逆行列(ランク=2) 逆行列(ランク=2) 逆行列(ランク=2)
-3 2 -3 2 0.66667 0.33333
2 -1 2 -1 0.33333 -0.3333
ムーアペンローズ逆行列 ムーアペンローズ逆行列 ムーアペンローズ逆行列
-0.1067 0.22667 -0.1067 -0.0667 0.41333 0.33333 0 -0.3333
-0.0667 0.26667 0.22667 0.26667 -0.2533 0.33333 -0.3333 0
0.41333 -0.2533
固有値λ2 固有値λ2 固有値λ2
25 3 25 3 9 3
特異値μ=Sqr(λ2) 特異値μ=Sqr(λ2) 特異値μ=Sqr(λ2)
5 1.73205 5 1.73205 3 1.73205
ベクトルU ベクトルU ベクトルU
0.70711 0.70711 0.70711 0.70711 0.70711 0.70711
0.70711 -0.7071 0.70711 -0.7071 -0.7071 0.70711
ベクトルV ベクトルV ベクトルV
0.70711 0.70711 0.70711 0.70711 0.70711 -0.7071
0.70711 -0.7071 0.70711 -0.7071 0.70711 0.70711
2 1 3 3 2 4 2
4 2 1 6 1 2 4
2 4 2 3 3 1 2
3 6 3
逆行列(ランク=3) 逆行列(ランク=3)
0 0.33333 -0.1667 0 -0.2 0.4
-0.2 -0.0667 0.33333 0.33333 -0.0667 -0.2
0.4 -0.2 0 -0.1667 0.33333 0
ムーアペンローズ逆行列 ムーアペンローズ逆行列
0 0.10256 -0.0513 0 -0.2 0.4 0
-0.2 -0.0667 0.33333 0.10256 -0.0667 -0.2 0.15385
0.4 -0.2 0 -0.0513 0.33333 0 -0.0769
0 0.15385 -0.0769
固有値λ2 固有値λ2
101.843 7.12778 4.02941 101.843 7.12778 4.02941
特異値μ=Sqr(λ2) 特異値μ=Sqr(λ2)
10.0917 2.66979 2.00734 10.0917 2.66979 2.00734
ベクトルU ベクトルU
0.4397 0.1393 0.88728 0.4397 0.1393 0.88728
0.72717 -0.6351 -0.2607 0.72717 -0.6351 -0.2607
0.52716 0.75981 -0.3805 0.52716 0.75981 -0.3805
ベクトルV ベクトルV
0.4397 0.72717 0.52716 0.4397 0.72717 0.52716
0.1393 -0.6351 0.75981 0.1393 -0.6351 0.75981
0.88728 -0.2607 -0.3805 0.88728 -0.2607 -0.3805
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