霍尔德镜像变换

April 11

Householder Transformation

在线性代数中, Householder变换 (也称为Householder反射或镜面反射变换) 是一种描述关于包含原点 的平面或超平面反射的线性变换。

H=I2wwTH = I - 2 w w^{T}

其中, ww 是一个单位向量, II 是单位矩阵。

为啥能镜像

我们以最熟悉的三维空间为例, 如上图, 将 ww 想象为一个平面的法向量, 假设给定一个向量 vv, 将 vv 分解到一组正交基 {vx,vy,vz}\{v_x, v_y, v_z\} 上, 同时保证 vx=wv_x = w。这样的分解使得:

wvx=0wvy=0\begin{aligned} w\cdot v_x &= 0\\ w\cdot v_y &= 0\end{aligned}

那么, vv 经过 Householder 变换后, 会变成:

Hv=(I2wwT)(vx+vy+vz)=vx2wwTvx+vy2wwTvy+vz2wwTvz=vx+vy+vz=v \begin{aligned} Hv &= (I - 2 w w^T) (v_x + v_y + v_z)\\ &= v_x - 2 w w^T v_x + v_y - 2 w w^T v_y + v_z - 2 w w^T v_z\\ &= -v_x + v_y + v_z\\ &= v' \\ \end{aligned}

这样, vv 就沿着 ww 的法向量方向, 镜像到了 vv' 上。

© 2020 - 2025 Ruiyao Luo

25/12/10 11:30

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