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张量积

Tensor product

把双线性映射统一因子化为线性映射的向量空间构造。

条目类型
定义

形式陈述

V,W 为域 F 上向量空间。张量积是向量空间 VFW 连同双线性映射

τ:V×WVW,(v,w)vw,

满足泛性质:对任意向量空间 U 和双线性映射 B:V×WU,存在唯一线性映射 B~:VWU 使 B=B~τ。若 (ei)(fj) 是基,则 (eifj) 是张量积的一组基;有限维时

dim(VW)=dimVdimW.

一般元素是有限个纯张量之和,不必自身为纯张量。

直觉

张量积把“双线性依赖两个输入”的问题转换为“线性依赖一个新输入”。关系 (v+v)w=vw+vw 等正是强制双线性所需的最小关系。

张量积把双线性依赖改写为普通线性依赖:每个双线性映射 V×WU 都唯一经由 VW 的线性映射分解。符号 vw 只生成空间,任意张量通常需要若干纯张量之和表示,并不都能写成单个 vw

张量积的通用线性化
例子与边界

FmFnFmn。矩阵秩一对象可写成 vw,而一般矩阵需多个纯张量相加,说明不是每个张量可分解为单个纯张量。张量积不是笛卡尔积:维数分别为 mnm+n。对模的张量积仍由平衡映射的泛性质定义,但可能出现挠现象,例如

Z/nZZZ/mZZ/gcd(m,n)Z.

右端是模 gcd(m,n) 的循环群(也可视为商环的加法群),不是整数 gcd(m,n) 本身。张量函子通常右正合却不必左正合;符号 vw 也始终依赖所取底环或底域。

V=Fm,W=Fn,则 VW 有基 eifj,维数为 mn。矩阵 (1001) 对应的二阶张量不能写成单个列向量与行向量的外积,因为其矩阵秩为 2。在一般环上,张量可能杀掉非零元素,例如挠现象需要谨慎。

推论与应用

张量积统一双线性形式、多重线性代数、基变换、量子复合系统和同调代数中的系数变换。

泛性质定义张量积并保证唯一性。它构造多线性映射外代数、标量扩张和张量网络;Hom–tensor 伴随与平坦模则控制张量对正合列的影响。

参考资料
  • Serge Lang, Algebra, revised 3rd ed., Springer, 2002,Ch. XVI, tensor products and multilinear maps。
  • Steven Roman, Advanced Linear Algebra, 3rd ed., Springer, 2008,Ch. 14, tensor products and universal property。
关系图谱12 个相邻概念 · 2 类关系

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