Skip to content

本文的拉普拉斯L=Lnorm=ID12AD12

Rayleigh quotient

Defination

R(A,x)=xTAxxTx

Property

实对称阵A,假设其特征值λ1λ2λn,则

maxxR(A,x)=λ1minxR(A,x)=λn

TIP

下面给出证明:

  • 首先证明R(A,x)[λn,λ1]:
    实对称阵存在正交分解,令A=UΛUT,则
R(A,x)=xTAxxTx=(UTx)TΛUTxxTUUTx=yTΛyyTy=λi(yi)2(yi)2

这里,y=UTx。显然通过上式能够得到λnR(A,x)λ1

  • 下面证明R(A,x)能够取值λnλ1
    由于U=[u1,u2Un],其中ui为一组正交基。则x可以表示x=kiui=[k1,,kn][u1,,un]T,这里令|x|=1y=UTx
R(A,x)=yTΛyyTy=λiki2

这里注意到|x|=ki2=1,于是,取k1=1kn=1可以完成证明。

Laplacian

证明L=ID12AD12的特征值λ[0,2]

TIP

下面给出证明

  • 首先证明Anorm的特征值1αnα11
    Anorm=D12AD12L=I+Anorm。这里,I+Anorm,L可证明半正定的。
xT(I+Anorm)x=xi2+(i,j)E(x2di+xjdj)0xTxxTAnormxg(Anorm,x)1

同样,由xT(IAnorm)x0可以得到g(Anorm,x)1

  • 接下来,证明L特征值λ[0,2],只要证g(L,x)[0,2]即可。
g(L,x)=xTLxxTx=xT(IAnorm)xxTx=1g(Anorm,x)

由于g(Anorm,x)[1,1],可以立刻得到g(L,x)[0,2]。即L特征值λL[0,2]