geometry

向量

向量是同時具有大小與方向的量。記法:⟨x, y⟩ 或 ⟨x, y, z⟩。向量逐分量相加,並支撐物理學、圖學與機器學習。

向量同時具有大小與方向,相對地純量只有大小。

座標:v⃗=⟨x,y⟩\vec{v} = \langle x, y \rangle(二維)或 ⟨x,y,z⟩\langle x, y, z \rangle(三維)。大小 ∣v⃗∣=x2+y2+⋯|\vec{v}| = \sqrt{x^2 + y^2 + \cdots}。

運算:

  • 加法/減法:逐分量進行。
  • 純量乘法:縮放大小。
  • 內積(點積):u⃗⋅v⃗=∑uivi=∣u⃗∣∣v⃗∣cos⁡θ\vec{u} \cdot \vec{v} = \sum u_i v_i = |\vec{u}||\vec{v}|\cos\theta——衡量方向一致程度,結果為純量。
  • 外積(叉積,僅限三維):u⃗×v⃗\vec{u} \times \vec{v}——同時垂直於兩者,大小為 ∣u⃗∣∣v⃗∣sin⁡θ|\vec{u}||\vec{v}|\sin\theta。

向量可描述物理(力、速度)、圖學(位置、法線)、機器學習(特徵向量、梯度、嵌入)與幾何。將其推廣到更高維度與抽象空間(希爾伯特空間)是現代數學許多分支的基礎。

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