LA 101
M05 · L02
الوحدة 5: التعامد

عملية غرام-شميت

بإعطاء أي متجهات مستقلة خطياً، تبني غرام-شميت أساساً متعامداً موحّداً — اتجاه واحد في كل مرة، بطرح ما تعرفه مسبقاً.

01 / 11
LA 101
M05 · L02
المشكلة

من المائل إلى المتعامد

المتجهات الحقيقية نادراً ما تكون عمودية. غرام-شميت تحوّل أي أساس إلى أساس متعامد موحّد — نفس الفضاء الجزئي، هندسة نظيفة.

v₁…vₙ
أي أساس
←
 
q₁…qₙ
متعامد موحّد
02 / 11
LA 101
M05 · L02
الخوارزمية

ثلاث خطوات تتكرر

  • خذ المتجه التالي من المدخلات vₖ
  • اطرح إسقاطاته على q₁, …, qₖ₋₁
  • وحّد المتبقي لطول الوحدة
  • كرّر لكل متجه جديد
03 / 11
LA 101
M05 · L02
الصيغة

اطرح كل إسقاط

Gram-Schmidt
\mathbf{u}_k = \mathbf{v}_k - \sum_{j=1}^{k-1}(\mathbf{q}_j^T\mathbf{v}_k)\mathbf{q}_j

كل ضرب داخلي qⱼᵀvₖ يقيس مقدار vₖ الكامن في qⱼ. طرحها جميعاً يُبقي متجهاً متعامداً مع كل ما سبق.

04 / 11
LA 101
M05 · L02
الخطوتان 1 و2

أول متجهَين

الخطوة 1: وحّد v₁
q₁ = v₁ / ‖v₁‖
الخطوة 2: أزل مكوّن q₁ من v₂
u₂ = v₂ − (q₁ᵀv₂)q₁، ثم q₂ = u₂/‖u₂‖
05 / 11
LA 101
M05 · L02
التحليل الخفي

A = QR

تُنتج غرام-شميت على أعمدة A تحليل QR — Q بأعمدة متعامدة موحّدة، وR مثلثية علوية.

QR Decomposition
A = QR,\quad Q^TQ = I
06 / 11
LA 101
M05 · L02
لماذا مثلثية علوية؟

البنية التسلسلية

كل vₖ يتضمن فقط q₁ إلى qₖ (المتجهات السابقة لا ترى اللاحقة). هذا "الاعتماد أحادي الاتجاه" يجعل R مثلثية علوية.

العنصر R[i,j]
= qᵢᵀvⱼ (العدد القياسي للإسقاط من غرام-شميت)
07 / 11
LA 101
M05 · L02
الاستقرار العددي

غرام-شميت المعدّلة

  • غرام-شميت الكلاسيكية تراكم أخطاء التقريب
  • المعدّلة تُحدّث المتجه الجاري بعد كل طرح
  • نفس الرياضيات، سلوك أفضل بكثير للفاصلة العائمة
  • MGS هي المعيار عملياً (LAPACK, NumPy)
08 / 11
LA 101
اختبار سريع

تحقّق ممّا ثبت

أربعة أسئلة من هذا الدرس. أجب لترى السبب — يظهر الشرح سواء أصبتَ أم أخطأت. ولا شيء يُسجّل أو يُحفظ.

السؤال 1 من 0
النتيجة 0/0

09 / 11
LA 101
M05 · L02
الفائدة

P = QQᵀ

بعد الحصول على أساس متعامد موحّد Q، الإسقاط لا يحتاج عكس مصفوفة. فقط حواصل ضرب نقطية.

  • المربعات الصغرى — حلّ بالإحلال العكسي على R
  • القيم الذاتية — خوارزمية تكرار QR
  • متسلسلة فورييه — إسقاطات على أساس جيبي
  • معالجة الإشارات — حواصل ضرب نقطية سريعة ومستقرة
10 / 11
LA 101
ما التالي
اكتمل الدرس 2

M5-L3: المصفوفات المتعامدة

أتقنتَ بناء الأسس المتعامدة الموحّدة بغرام-شميت. التالي: المصفوفات التي تكون أعمدتها متعامدة موحّدة — عائلة خاصة بخصائص رائعة للدورانات والانعكاسات.

11 / 11