LA 101
و١٢ · د٠٢
الوحدة ١٢: تكاملي

معاينة الموضوعات المتقدمة

ما وراء المصفوفات: التنسورات، والخوارزميات العشوائية، والحوسبة الكمية، وتحليل البيانات الطوبولوجي، ونظرية الفئات — خمسة آفاق مبنية على الجبر الخطي الذي تعلمته.

1 / 12
LA 101
و١٢ · د٠٢
التنسورات

المصفوفات هي تنسورات الرتبة ٢

الكمية القياسية تنسور رتبة 0. المتجه رتبة 1. المصفوفة رتبة 2. التنسور ثلاثي الرتبة T ∈ ℝ^{I×J×K} كومة من المصفوفات — أوزان الشبكات العصبية وبيانات الفيديو والمسح الطبي كلها تنسورات.

CP Decomposition
\mathcal{T}\approx\sum_{r=1}^{R}a_r\otimes b_r\otimes c_r
2 / 12
LA 101
و١٢ · د٠٢
تحليلات التنسور

Tucker = SVD للتنسور

تحليل Tucker: T ≈ G ×₁ A ×₂ B ×₃ C حيث G تنسور نواة صغير وA, B, C مصفوفات عوامل متعامدة وحدوية. رتبة التنسور NP-صعبة الحساب — خلافاً لرتبة المصفوفة.

O(nᵈ)
تنسور كثيف
O(nR)
CP رتبة R
3 / 12
LA 101
و١٢ · د٠٢
الجبر الخطي العشوائي

ارسم أولاً، احسب أقل

SVD الدقيق يكلف O(nd²). SVD العشوائي: اضرب بمصفوفة عشوائية Ω لرسم Y = AΩ، أعدّ التعامد Q، ثم احسب المصفوفة الصغيرة B = QᵀA. تقريب شبه أمثل باحتمالية عالية.

O(nd²)
SVD دقيق
O(nd log k)
عشوائي
4 / 12
LA 101
و١٢ · د٠٢
ليما جونسون-ليندنشتراوس

أبعاد عالية، إسقاط منخفض

يمكن إسقاط n نقطة في ℝᵈ إلى k = O(log n / ε²) بُعداً مع الحفاظ على المسافات ضمن 1 ± ε. البُعد المستهدف يعتمد على n وε فقط — وليس على d. الإسقاطات العشوائية تنجح.

ضمان JL
(1{-}\varepsilon)\|u{-}v\|^2\le\|f(u){-}f(v)\|^2\le(1{+}\varepsilon)\|u{-}v\|^2
5 / 12
LA 101
و١٢ · د٠٢
الحوسبة الكمية

الكيوبتات متجهات وحدوية

الكيوبت |ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩ متجه وحدوي في ℂ². البوابات مصفوفات أحادية. القياس إسقاط على فضاء القيمة الذاتية. نظام بـ n كيوبت يعيش في ℂ^{2ⁿ}.

Hadamard Gate
H=\tfrac{1}{\sqrt{2}}\begin{pmatrix}1&1\\1&-1\end{pmatrix}
6 / 12
LA 101
و١٢ · د٠٢
التشابك الكمي

حاصل الضرب التنسوري يُشابك

حالات كيوبتين تعيش في ℂ² ⊗ ℂ². إذا لم يمكن كتابة الحالة كحاصل ضرب، فالكيوبتان متشابكتان. التشابك تصريح في الجبر الخطي: رتبة مصفوفة الحالة > 1.

حالة بيل
(|00⟩ + |11⟩)/√2 — تشابك أقصى، رتبة ٢
7 / 12
LA 101
و١٢ · د٠٢
تحليل البيانات الطوبولوجي

عُدّ الثقوب

TDA يسأل: ما المكونات المترابطة والحلقات والفراغات في البيانات؟ Hₖ = ker(∂ₖ)/im(∂ₖ₊₁) فضاءات متجهية. أعداد بيتي β₀, β₁, β₂ تحسب المكونات والحلقات والفراغات.

β₀
مكونات
β₁
حلقات
β₂
فراغات
8 / 12
LA 101
و١٢ · د٠٢
الهومولوجيا المستمرة

الميزات التي تستمر حقيقية

امسح ε من 0 إلى ∞ وتتبع الميزات الطوبولوجية. الميزة المستمرة على نطاق واسع بنية حقيقية؛ القصيرة العمر ضجيج. المخرج مخطط استمرارية — بصمة طوبولوجية.

تطبيقات
شكل البروتين · شبكات الاستشعار · علم المواد · طوبولوجيا الشبكات العصبية
9 / 12
LA 101
اختبار سريع

تحقّق ممّاترسّخ

أربعة أسئلة استذكار عن الآفاق الخمسة — التنسورات، ورتبة التنسور، والكيوبتات، والطوبولوجيا.

السؤال 1 من 0
النتيجة 0/0

10 / 12
LA 101
و١٢ · د٠٢
نظرية الفئات

القمعيات تعمّم التحويلات الخطية

الفئات: كائنات + مورفيزمات. Vect فئة الفضاءات المتجهية. القمعية تحافظ على البنية. تلازم التنسور-هوم: Hom(U⊗V, W) ≅ Hom(U, Hom(V,W)) — لهذا يمكن النظر للمصفوفات كأشكال ثنائية الخطية وكعمليات خطية في آنٍ واحد.

  • المستعرضة: قمعية Vect → Vectᵒᵖ
  • المحدد: قمعية GL(n) → ℝ*
  • المزدوج المزدوج: تحويل طبيعي V → V**
11 / 12
LA 101
تكاملي
الوحدة ١٢ · الدرس ٢ مكتمل

الآفاق بانتظارك

كل موضوع متقدم تعميم لما تعرفه. تنسورات ↔ مصفوفات. SVD عشوائي ↔ SVD دقيق. كيوبتات ↔ متجهات وحدوية. هومولوجيا ↔ فضاء صفري. قمعيات ↔ تحويلات خطية. الأساس الذي بنيته يحملك إلى كل مكان.

12 / 12