量化交易中文教材

第 01 册 线性代数与矩阵分析 · 本册导读

本册以 Horn & Johnson《Matrix Analysis》第 2 版为底本,用 17 个章节文件和 1 个附录覆盖原书第 0–8 章与附录 A–F;另以 Simmonds《A Brief on Tensor Analysis》第 2 版为底本写了 4 章「张量篇」。这是全书最抽象的一册,多数量化读者只需读透第四节「速成路径」里的 7 章。


一、本册定位

1. 底本

项目 主体部分 张量篇
书名 Matrix Analysis(第 2 版) A Brief on Tensor Analysis(第 2 版)
作者 Roger A. Horn、Charles R. Johnson James G. Simmonds
出版 Cambridge University Press,2013 Springer,1994
PDF 扫描版,665 页 扫描版,123 页
页码换算 PDF 页码 = 原书页码 + 20(正文第 1 页在 PDF p.21) 第 I–III 章:PDF = 原书 + 13;第 IV 章起:PDF = 原书 + 12(扫描缺空白页 p.70)
本册文件 00–08b 共 17 个文件 + 附录 A T1–T4 共 4 个文件

章末「原书对照」表逐节给出书内页码和 PDF 页码,统稿已逐行核对,偏移全部与上表一致。

原书是研究生层次的参考书,定理多、证明紧、习题量大。本册保留原书的定理与习题编号,压缩了与量化关系弱的纯理论(Weyr 形、*合同标准形、共轭相似、典范对等),每章增加「量化实战」。

2. 本册结构与编号约定

原书第 2、3、4、5、7、8 章篇幅长,本册拆成 a/b(第 7 章拆成 a–d)。张量篇按原书四章组织,编号 T1–T4。

小节编号是本教材自编号,定理编号沿用原书。 这是对照原书时最容易混淆的地方,请先记住三条:

  1. 各章的二级标题(如「2.8 正规矩阵」「7.4 极分解」「4a.3 Rayleigh 商」)是本教材的小节编号,与原书节号不同。例如本册「7.4 极分解」对应原书 7.3 节,「1.1 为什么关心特征值」对应原书 1.0 节。
  2. 正文中三段及以上的编号——定理 2.3.4、推论 3.1.21、观察 1.3.18、式 (7.4.12.8)、习题 4.5.P21——一律是原书编号,可直接在原书中查到。
  3. 每章末的「原书对照」表给出「本章小节 ↔ 原书小节 ↔ 书页 ↔ PDF 页」的对应关系,查原书以此表为准。

各编写者的小节编号样式不完全相同,统稿检查后保留原样(已核对 22 个文件的对照表与下表一致):

文件 本册小节编号 对应原书 样式说明
00 0.1–0.10 0.1–0.11 按教学顺序合并重排
01 1.1–1.5 1.0–1.4 本册号 = 原书号 + 1
02a / 02b 2.1–2.7 / 2.8–2.12 2.0–2.4 / 2.5–2.7 a、b 两篇连续编号;2.11 为补充内容
03a / 03b 3.1–3.9 / 3.10–3.12 3.0–3.4.1 / 3.4.2–3.5 连续编号
04a / 04b 4a.1–4a.6 / 4b.1–4b.6 4.0–4.3 / 4.4–4.6 编号带 a/b,标题括注原书节号
05a / 05b 5a.1–5a.6 / 5b.1–5b.7 5.0–5.5 / 5.6–5.8 同上
06 6.1–6.5 6.0–6.4 本册号 = 原书号 + 1,标题括注原书节号
07a–07d 7.1–7.3 / 7.4–7.7 / 7.8–7.9 / 7.10–7.12 7.0–7.2 / 7.3–7.4 / 7.5–7.6 / 7.7–7.8 四篇连续编号
08a / 08b 8.1–8.5 / 8.6–8.8 8.0–8.4 / 8.5–8.7 连续编号
A A.1–A.6 附录 A–F 一个文件合并六个附录
T1–T4 Tn.1–Tn.8 第 I–IV 章 带 T 前缀

正文里写「原书 x.y 节」指原书节号,单写「x.y 节」指本章小节。

3. 在量化交易中的作用

量化中的多变量对象几乎都是矩阵:收益矩阵、协方差、因子载荷、回归设计矩阵、VAR 系数、Markov 转移矩阵、敞口网络。本册给出它们的分解(谱定理、SVD、QR、Cholesky、极分解,支撑 PCA、因子模型、模拟与最小二乘)、误差界(Weyl、交错、Bauer–Fike、条件数、Kantorovich,回答「样本特征值偏多少」「均值–方差权重为何对预期收益误差极度敏感」「PCA 方向为何在窗口间乱转」)、正定性工具(协方差的判定与修复、Schur 补、Loewner 序、log det 凹性)和非负矩阵理论(Markov 链、评级迁移、网络中心性与传染)。张量篇的指标记号就是 numpy.einsum,协变/逆变分量解释了换基、因子旋转和重参数化下梯度与 Hessian 的变换。

4. 与其他各册的关系

本册与第 02 册(概率论)同为全书的数学底座。后续直接依赖本册的地方:第 02 册第 07c 章多元正态(07a、07d);第 03 册第 13a 章回归与第 14 章多元模型(02a、02b、07a),精度矩阵零元 = 条件独立(00 章 0.6 节);第 04 册的凸性、KKT 矩阵惯性(04b)与最速下降收敛率(07b 的 Kantorovich 不等式,对应第 04 册第 03 章 3.4 节);第 05 册的 GLS 与 Gauss–Markov(07d)、共线性(05b);第 06 册的 VAR 平稳性、友矩阵与 Lyapunov 方程(02a、03a、05b)及 Kalman 滤波的 Sherman–Morrison 结构(00);第 08 册有限差分的三对角 LU(03b)与对数坐标下的定价算子(T3、T4);第 10 册的 einsum 与自然梯度(张量篇);第 11 册的风险模型、随机矩阵去噪与相关矩阵修复(02b、04a、05a、07a)。


二、前置知识与自测

1. 开始前应会什么

  • 大学线性代数一学期:矩阵乘法、行列式、秩、线性方程组、向量空间与基、特征值的定义。
  • 复数的基本运算:共轭、模、极坐标形式。原书在复数域上讨论,\(A^*\) 表示共轭转置;量化中遇到的都是实矩阵,把 \(^*\) 读成 \(^T\)、「酉」读成「正交」、「Hermitian」读成「实对称」即可。
  • 多元微积分:偏导数、梯度、Hessian、拉格朗日乘子。
  • 概率初步:期望、方差、协方差、相关系数(第 02 册第 07a 章的程度)。
  • Python 与 numpy:会用数组、矩阵乘法 @、np.linalg。

第 00 章本身就是系统复习;若下面 5 题有 3 题以上做不出来,建议先读 Strang《Introduction to Linear Algebra》前六章。

2. 五道自测题

题 1(秩与逆) 求 \(A=\begin{bmatrix}1&2\\2&4\end{bmatrix}\) 的秩,\(B=\begin{bmatrix}2&1\\1&1\end{bmatrix}\) 的逆。如果 \(A\) 是两只资产收益的样本协方差,秩为 1 意味着什么?

答案要点:\(\operatorname{rank}A=1\)(第二行是第一行的 2 倍);\(B^{-1}=\begin{bmatrix}1&-1\\-1&2\end{bmatrix}\)。协方差秩为 1 说明两只资产完全线性相关,存在零方差组合 \(w=(2,-1)\)。

题 2(特征值) 求 \(\Sigma=\begin{bmatrix}2&1\\1&2\end{bmatrix}\) 的特征值与单位特征向量,并验证特征向量正交、特征值之和等于迹、之积等于行列式。

答案要点:特征值 3、1,对应 \((1,1)/\sqrt2\) 与 \((1,-1)/\sqrt2\);内积为 0;\(3+1=4=\operatorname{tr}\Sigma\),\(3\times1=3=\det\Sigma\)。第一个特征向量就是「等权组合」,即第一主成分。

题 3(投影) 设 \(x=(1,1,1)^T\),\(y=(1,2,6)^T\)。求 \(y\) 在 \(x\) 方向上的正交投影和残差,验证残差与 \(x\) 正交,并说明这与「只含常数项的回归」的关系。

答案要点:投影 \(\frac{x^Ty}{x^Tx}x=3x=(3,3,3)^T\),残差 \((-2,-1,3)^T\),与 \(x\) 的内积为 0。常数项回归的拟合值是样本均值 3,残差是去均值后的数据。

题 4(二次型) 两只资产波动率 20%、30%,相关系数 0.5,权重 \(w=(0.6,0.4)\)。写出协方差矩阵并计算组合方差 \(w^T\Sigma w\)。

答案要点:\(\Sigma=\begin{bmatrix}0.04&0.03\\0.03&0.09\end{bmatrix}\);\(w^T\Sigma w=0.36\times0.04+2\times0.24\times0.03+0.16\times0.09=0.0144+0.0144+0.0144=0.0432\),组合波动率约 20.8%。

题 5(梯度与拉格朗日乘子) 对正定 \(\Sigma\),求 \(\min_w w^T\Sigma w\),约束 \(\mathbf 1^Tw=1\)。

答案要点:拉格朗日条件 \(2\Sigma w=\lambda\mathbf 1\),得 \(w^*=\Sigma^{-1}\mathbf 1/(\mathbf 1^T\Sigma^{-1}\mathbf 1)\),最小方差 \(1/(\mathbf 1^T\Sigma^{-1}\mathbf 1)\)。


三、章节地图

标记含义:必学 = 量化够用的最小子集;选学 = 对某类量化工作有用,按需读;速读 = 了解结论和量化含义即可,证明可跳过。学时按「读正文 + 跑实战代码 + 做一半练习」估计。

文件 对应原书 一句话内容 学时 标记
00 矩阵基础复习 第 0 章 记号与基本工具;重点是分块矩阵、Schur 补、Woodbury 公式和 \(\partial\log\det\Sigma/\partial\Sigma\) 6 必学
01 特征值、特征向量与相似 第 1 章 特征多项式、对角化、\(AB\) 与 \(BA\)、秩一扰动、左特征向量;PCA 与 Markov 平稳分布的起点 6 必学
02a 酉矩阵、QR 与 Schur 三角化 2.0–2.4 Householder/Givens、QR 分解与稳定最小二乘、Schur 定理及推论、Lyapunov 方程 5 选学
02b 正规矩阵、谱定理与 SVD 2.5–2.7 谱定理、SVD 及四大应用(PCA、低秩近似、伪逆、条件数)、子空间主角 6 必学
03a Jordan 标准形与线性动态 3.0–3.4.1 Jordan 形、\(A^m\) 与 \(e^{At}\) 的行为、最小多项式、友矩阵与 AR(\(p\)) 5 选学
03b Weyr 标准形与三角分解 3.4.2–3.5 Weyr 形(理论);LU/LDLᵀ,主元 = 条件方差;三对角 LU 做有限差分 4 速读
04a Hermitian 矩阵与特征值不等式 4.0–4.3 Rayleigh 商、Courant–Fischer、Weyl、交错、Ky Fan、优超;样本协方差特征值偏差 6 必学
04b 合同、惯性与同时对角化 4.4–4.6 Sylvester 惯性定律、Ostrowski 定理、Haynsworth、广义特征值与最大 Sharpe 3 选学
05a 向量范数、内积与对偶 5.0–5.5 范数公理与等价、对偶范数与稳健优化、最近半正定矩阵 4 选学
05b 矩阵范数、谱半径与条件数 5.6–5.8 诱导范数、\(\rho(A)=\inf|A|\)、Neumann 级数、条件数与误差放大 5 必学
06 特征值的定位与扰动 6.0–6.4 Geršgorin 圆盘、对角占优、Bauer–Fike、Hoffman–Wielandt、特征向量的不稳定性 5 选学
07a 正定矩阵、平方根与 Cholesky 7.0–7.2 正定性的五种刻画、平方根、Cholesky、Gram 矩阵、最近相关矩阵 5 必学
07b 极分解、奇异值与矩阵逼近 7.3–7.4 极分解、von Neumann 迹定理、Eckart–Young–Mirsky、Procrustes、Kantorovich 5 必学
07c Schur 乘积定理与同时对角化 7.5–7.6 Hadamard 积保持半正定、哪些逐元素操作合法、log det 凹性与图 Lasso 4 选学
07d Loewner 序、Schur 补与行列式不等式 7.7–7.8 Loewner 序运算规则、Schur 补刻画半正定、典型相关、Hadamard/Fischer 不等式 4 选学
08a 非负矩阵与 Perron–Frobenius 8.0–8.4 谱半径的界、Perron 定理、不可约性、M 矩阵、网络传染与中心性 4 选学
08b 本原矩阵、随机矩阵与 Birkhoff 8.5–8.7 本原性与收敛、Markov 链、PageRank、双随机矩阵与分配问题 4 选学
A 附录:凸性、连续性等背景 附录 A–F 凸集与凸函数、Carathéodory、分离超平面、特征值连续性、Weierstrass 2 速读
T1 向量与二阶张量 Simmonds 第 I 章 坐标无关的向量与张量、并矢、投影;协方差是对称张量 3 速读
T2 一般基、指标记号与基变换 第 II 章 倒易基、协变/逆变分量、度量、换基规律;einsum、纯因子组合、因子旋转 4 选学
T3 曲线坐标与 Christoffel 符号 第 III 章 运动标架、Christoffel 符号、方框公式;Hessian 在换元下不是张量 3 速读
T4 梯度、协变导数、散度定理与曲面几何 第 IV 章 梯度是协变向量、协变导数、散度定理、曲面几何;自然梯度与 SPD 距离 4 速读

合计约 97 学时;必学 7 章约 39 学时。


四、学习路径

路径 A:量化研究速成路径(约 40 学时,4–5 周)

只读「量化够用」的最小子集:00 → 01 → 02b → 04a → 05b → 07a → 07b。每章读法:

  1. 第 00 章:重点读 0.6 Schur 补、0.7 Woodbury、0.8 中的行列式求导,三个实战全部跑一遍。0.1–0.5 当复习速读,0.9 特殊矩阵词典当查表用。
  2. 第 01 章:1.1、1.3(迹/行列式与主子式、秩一扰动)、1.4.5(\(AB\) 与 \(BA\))、1.4.6(矩阵函数)、1.5.2(左特征向量)、1.5.5(幂法)。1.4.7、1.4.8 可跳过。
  3. 第 02b 章:全章精读,本册对量化最重要的一章。02a 的 Schur 定理当作已知结论即可;建议补读 02a 章 2.4 节 QR 与实战 1。
  4. 第 04a 章:4a.1–4a.5 精读(注意 4a.1.2 的特征值递增排序约定),4a.6 优超只读定义、Schur 定理和量化含义。三个实战都很重要。
  5. 第 05b 章:5b.2、5b.3、5b.4、5b.7 精读;5b.5 只看结论,5b.6 跳过。第 05a 章不读也能看懂,遇到「对偶范数」时回查 05a 的 5a.6。
  6. 第 07a 章:全章精读,实战 1–4 全部跑。
  7. 第 07b 章:7.4、7.5 精读,7.6 只记 Ky Fan 占优的结论,7.7 读 Kantorovich 与最速下降(它解释了第 04 册里病态问题收敛慢的原因)。

速成路径之后的「加餐」,按工作方向选:做时间序列/VAR 的读 03a 实战 1 与 05b 实战 1;做风险模型的读 07c 实战 1、07d 第 7.11 节;做 Markov regime 或评级迁移的读 08b 第 8.8 节与实战 1;做网络/传染的读 08a 实战 3。

路径 B:完整系统路径(约 97 学时,12–14 周)

按文件顺序读,每周 7–8 学时,大致是:第 1–2 周 00、01;第 3–4 周 02a、02b(T2 的换基规律可与 02a 对照读);第 5 周 03a、03b(Weyr 部分速读);第 6–7 周 04a、04b、05a;第 8 周 05b、06;第 9–10 周 07a–07d;第 11 周 08a、08b;第 12–13 周附录 A 与张量篇。

基础题全做,进阶题至少做一半,「原书推荐习题」挑几道回原书做。张量篇相对独立,可放到最后或跳过。

路径 C:张量与 einsum 专题(约 12 学时,可选)

面向要写高维数组代码、做机器学习或研究重参数化的读者:T1(速读)→ T2(精读)→ T3 的 T3.5、T3.6 与实战 2 → T4 的 T4.1、T4.2 与实战 2。


五、本册核心公式与概念速查表

特征值排序:第 04a、07b 等章沿用原书习惯,Hermitian 矩阵特征值递增 \(\lambda_1\le\cdots\le\lambda_n\)(同 eigh);奇异值递减 \(\sigma_1\ge\sigma_2\ge\cdots\)。

# 概念 / 定理 公式 出处
1 Schur 补 \(A/A_{11}=A_{22}-A_{21}A_{11}^{-1}A_{12}\),\(\det A=\det A_{11}\det(A/A_{11})\),\((A^{-1})_{22}=(A/A_{11})^{-1}\) 00 章 0.6
2 Woodbury \((A+XRY)^{-1}=A^{-1}-A^{-1}X(R^{-1}+YA^{-1}X)^{-1}YA^{-1}\) 00 章 0.7
3 行列式引理与求导 \(\det(A+xy^T)=\det A\,(1+y^TA^{-1}x)\);\(\partial\log\det A/\partial A=A^{-T}\) 00 章 0.7–0.8
4 迹与行列式 \(\operatorname{tr}A=\sum\lambda_i\),\(\det A=\prod\lambda_i\) 01 章 1.3
5 \(AB\) 与 \(BA\) 非零特征值相同;\(\det(I_m+AB)=\det(I_n+BA)\) 01 章 1.4.5
6 平稳分布 \(\pi^TP=\pi^T\)(左特征向量) 01 章 1.5、08b
7 QR 与最小二乘 \(X=QR\),\(\hat\beta=R^{-1}Q^Ty\);正规方程使条件数平方 02a 章 2.4
8 Schur 定理 \(A=UTU^*\),\(T\) 上三角,\(t_{ii}=\lambda_i\) 02a 章 2.6
9 谱定理 \(\Sigma=Q\Lambda Q^T=\sum\lambda_iq_iq_i^T\);风险分解 \(w^T\Sigma w=\sum\lambda_i(q_i^Tw)^2\) 02b 章 2.9
10 SVD \(A=V\Sigma W^*\),\(\sigma_i=\sqrt{\lambda_i(A^*A)}\),\(\operatorname{rank}A=\#\{\sigma_i>0\}\) 02b 章 2.10
11 Eckart–Young–Mirsky 截断 SVD 在一切酉不变范数下是最佳秩 \(k\) 逼近;\(\min|A-B|_2=\sigma_{k+1}\) 02b 2.11、07b 7.5
12 伪逆 \(A^+=W\Sigma^+V^*\),\(x=A^+b\) 是最小范数最小二乘解 02b 章 2.11
13 Jordan 形与幂 \(A^m\to0\iff\rho(A)<1\);单位圆上特征值半单 ⇔ 幂有界 03a 章 3.6
14 LDLᵀ 主元 \(d_i=\det A_{[i]}/\det A_{[i-1]}=\operatorname{Var}(x_i\mid x_1,\dots,x_{i-1})\) 03b 章 3.12
15 Rayleigh 商 \(\lambda_1\le x^*Ax/x^*x\le\lambda_n\) 04a 章 4a.3
16 Weyl \(\lvert\lambda_i(A+E)-\lambda_i(A)\rvert\le|E|_2\)(Hermitian) 04a 章 4a.4
17 Cauchy 交错 加边:\(\lambda_i(A)\le\lambda_i(B)\le\lambda_{i+1}(A)\) 04a 章 4a.5
18 Schur 优超 Hermitian 矩阵的特征值向量优超其对角元向量 04a 章 4a.6
19 Sylvester 惯性定律 合同 \(S\Sigma S^*\) 保持正、负、零特征值个数 04b 章 4b.2
20 广义特征值 \(A\succ0\) 时 \(W^*AW=I\)、\(W^*BW=\Lambda\);\(\max\frac{w^*Bw}{w^*Aw}=\lambda_{\max}(A^{-1}B)\) 04b 4b.3、07c 7.9
21 对偶范数 \(|y|^D=\max_{|x|=1}\lvert y^*x\rvert\);\(\ell_p\) 与 \(\ell_q\) 对偶;稳健优化的最坏损失 05a 章 5a.6
22 谱半径(\(|\cdot|\) 为任意矩阵范数) \(\rho(A)\le|A|\),\(\rho(A)=\lim|A^k|^{1/k}\) 05b 章 5b.3
23 条件数 \(\kappa=|A|\,|A^{-1}|\),\(\kappa_2=\sigma_1/\sigma_n\);\(\frac{|\Delta x|}{|x|}\lesssim\kappa\frac{|\Delta b|}{|b|}\) 05b 章 5b.7
24 Geršgorin \(\lambda\in\bigcup_i\{z:\lvert z-a_{ii}\rvert\le\sum_{j\ne i}\lvert a_{ij}\rvert\}\) 06 章 6.2
25 Bauer–Fike \(\lvert\hat\lambda-\lambda\rvert\le\kappa(S)|E|\)(\(A=S\Lambda S^{-1}\)) 06 章 6.4
26 正定性刻画 \(A\succ0\iff\) 特征值全正 \(\iff\) 顺序主子式全正 \(\iff A=LL^*\);半正定需全部主子式非负 07a 章 7.3
27 von Neumann 迹 \(\operatorname{Re}\operatorname{tr}(AB^*)\le\sum\sigma_i(A)\sigma_i(B)\);Procrustes 解为极分解酉因子 07b 章 7.5
28 Kantorovich \((x^*Ax)(x^*A^{-1}x)\le\frac{(\kappa+1)^2}{4\kappa}|x|^4\);最速下降收敛率 \(\big(\frac{\kappa-1}{\kappa+1}\big)^2\) 07b 章 7.7
29 Schur 乘积定理 \(A,B\succeq0\Rightarrow A\circ B\succeq0\);\(\log\det\) 在正定锥上严格凹 07c 章 7.8–7.9
30 Loewner 序与 Hadamard 不等式 \(A\succeq B\succ0\Rightarrow B^{-1}\succeq A^{-1}\);\(\det A\le\prod a_{ii}\);Fischer \(\det H\le\det A\det C\) 07d 章 7.10–7.12
31 Perron–Frobenius 不可约非负矩阵:\(\rho(A)\) 是单重特征值,左右 Perron 向量为正;\(\partial\rho/\partial a_{ij}=y_ix_j\) 08a 章 8.5

张量篇另记三条:倒易基 \(\mathbf g^i\cdot\mathbf g_j=\delta^i_j\)(纯因子组合 \(B(B^TB)^{-1}\));换基时协方差按 \(A^T\Sigma A\) 变换;梯度是协变向量,\(\Sigma^{-1}\mu\) 与自然梯度都是用度量升指标(T2、T4)。


六、勘误与需回查原书的地方

1. 原书印误与更正

文件 位置 内容
00 0.8 节复合矩阵 原书把 \(\operatorname{adj}_1(A)\) 印作 \(A\),应为经典伴随 \(\operatorname{adj}A\)
00 0.8 节 \(\operatorname{adj}_k\) 与复合矩阵的展开式 原书印作 \(s^kt^{n-k}\) 与 \(C_r(B)\),已按子式阶数更正并数值核对
00 0.9 节上三角 Toeplitz 逆的递推 原书漏印负号,应为 \(b_k=-a_0^{-1}\sum_{m<k}a_{k-m}b_m\)
01 观察 1.3.18 原书把 \(k\) 的范围印作 \(\{2,\dots,n-1\}\),应为 \(1\le k\le n-1\)
01 习题 1.4.P14 按 \(p_A(t)=\det(tI-A)\) 的约定,右边应为 \((-1)^np_A(t)I\),不影响结论
03a 习题 3.1.P19(Heisenberg 群) 乘法律右上角应为 \(t+\tau+x^T\eta\)
07b 式 (7.4.12.8) 系数印作 \(\frac{2\kappa}{\kappa^2+1}\),应为 \(\frac{\kappa^2+1}{2\kappa}\)(第 07b 章 7.7.2 节有推导,练习 10 复核)
08a 习题 8.3.P12(b) 「\((rI-A)^{-1}\) positive」只在 \(A\) 不可约时成立,一般只能保证非负(正文与实战 3 给出反例)
08b 定理 8.5.3 的证明 引用编号「8.4.8」应为 8.4.7
T3 式 (3.73) 情形 (a) 的计数 \(n(n-1)/2\) 疑为印误,应为 \(n(n-1)(n-2)/2\);三维时两者相等,例题不受影响
T4 式 (4.96) 第三种情形「\(\alpha=\beta=0\)」应为 \(\alpha=\beta\)
T4 习题 4.32,式 (4.152) \(H=-2p/T_0\) 疑为印误,应为 \(H=-p/(2T_0)\)
T4 4.10 节正文 引用习题 4.26–4.28 的编号与习题区错位,回查时以公式编号为准

2. 精读笔记的更正

文件 内容
07d 7.10 节「平方不保序」反例:精读笔记写作 \(A\succ B\),实际 \(A-B\) 奇异,只有 \(A\succeq B\);结论不受影响
08a 8.5 节谱半径灵敏度:精读笔记记作 \(x_iy_j\),按「\(x\) 右、\(y\) 左 Perron 向量」的约定应为 \(y_ix_j\)
02b 2.12 节 CS 分解 (2.7.1.2):已对照原书扫描页 PDF p.181 核实,本章写法与原书 (2.7.1.3) 一致

3. 需回查原书的地方

文件 内容
00 复合矩阵、Plücker 关系、Dodgson 恒等式只作简介
03b Weyr 标准形的完整证明与 Belitskii、O'Meara–Vinsonhaler 定理的细节
04b 4.5 节后半 *合同与合同标准形(PDF p.309–315),4.4、4.6 节只作简介
05b 5.7 节「矩阵上的向量范数」(PDF p.391–401)只作简介
A 附录 C、E、F 只作简述
T2 原书公式编号缺 (2.24);习题 2.8–2.10 的页码为按顺序估计,以 PDF p.51–57 为准
T3/T4 扫描件缺原书空白页 p.70 与 p.106,第 IV 章起 PDF 偏移由 +13 变为 +12

4. 本次统稿的修改

  • 交叉引用(50 余处):指向本册章节却写成原书章号或缺 a/b 的引用改为本册文件号,如「第 2 章谱定理」→「第 02b 章」、「第 04 章」→「第 04a 章」、「第 7 章的 Loewner 序」→「第 07d 章」、「第 01 册第 02 章」→「第 02b 章」、「第 0 章」→「第 00 章」。
  • 附录引用:07d、08a、08b 中的「附录 A/B」补注为本册附录 A.1/A.2。
  • 衔接:四处重复内容加了承接说明——07a 实战 3(↔ 05a 实战 2,最近相关矩阵)、07b 7.5.4(↔ 02b 2.12,Procrustes)、07c 7.9(↔ 04b 4b.3,广义特征值)、07d 7.11(↔ 00 章 0.6,Schur 补)。正文、公式、代码未改。

5. 记号约定

原书用 \(\|\cdot\|_2\) 同时表示向量 Euclid 范数和矩阵 Frobenius 范数,用 \(|||\cdot|||_2\) 表示谱范数。第 05b、06 章沿用三竖线写法;第 07b 章为避免混淆改写为 \(\|A\|_F\)(Frobenius)与 \(\|A\|_2=\sigma_1(A)\)(谱范数),该章开头有说明。「*合同」指 \(A\mapsto S^*AS\),「合同」指 \(A\mapsto S^TAS\)。


七、配套代码说明

1. 运行环境

本册代码用 Python 3(建议 3.10+),第三方库只用到 numpy、scipy,少数几处用 pandas 和 scikit-learn(LedoitWolf、GraphicalLasso);全套统一环境中的 statsmodels、arch 本册未用到。安装:pip install numpy scipy pandas statsmodels scikit-learn arch。

全册 57 段代码都在「量化实战」中,全部用模拟数据和固定种子 np.random.default_rng(种子)。除附录 A 的一段外,56 段已提取到 ../配套代码/第01册_线性代数与矩阵分析/。统稿时在 Python 3.14、numpy 2.5、scipy 1.18、pandas 3.0、scikit-learn 1.9 下逐个单独运行并按章合并运行,均无报错。

2. 跨章依赖

本册所有代码段都是自包含的:每段自己导入库、设定种子、定义函数,没有一段需要先运行或保存另一章的代码,也没有共享的自定义模块。

概念上相互呼应、适合对照阅读的几组代码:最近相关矩阵(05a 实战 2 ↔ 07a 实战 3);PCA 与因子对齐(02b 实战 1、3 → 06 实战 2 → 07b 实战 1、2);样本协方差的谱(01 实战 2 → 04a 实战 2 → 02b 实战 2);条件数与优化(02a 实战 1 → 05b 实战 2 → 07a 实战 4 → 07b 实战 3);VAR 与线性动态(02a 实战 2 → 03a 实战 1 → 05b 实战 1);Markov 链与网络(01 实战 4 → 03a 实战 3 → 08a 实战 1、3 → 08b 实战 1、3);Schur 补(00 实战 1 → 03b 实战 1 → 07d 实战 1)。