Умножение матриц: правила и примеры вычислений

Умножение матриц — одна из фундаментальных операций в линейной алгебре, широко применяемая в компьютерной графике, машинном обучении и физике. В отличие от умножения чисел, для матриц эта операция имеет специфические условия и правила выполнения.

Ключевое условие: Умножить матрицу A (размером m×n) на матрицу B (размером p×k) можно только если n = p, то есть количество столбцов первой матрицы равно количеству строк второй.

Алгоритм умножения

Для произведения матриц используется "строка на столбец" метод. Элемент cᵢⱼ результирующей матрицы вычисляется как сумма произведений элементов i-й строки первой матрицы на соответствующие элементы j-го столбца второй матрицы.

  1. Проверяем условие согласованности матриц.
  2. Создаем результирующую матрицу размером m×k.
  3. Для каждой позиции cᵢⱼ вычисляем: cᵢⱼ = Σ(aᵢ₁·b₁ⱼ + aᵢ₂·b₂ⱼ + ... + aᵢₙ·bₙⱼ)
  4. Записываем полученные значения в результирующую матрицу.

Пример на матрицах 2×2

Рассмотрим матрицы:

A =13
24
B =57
68

Результатом умножения A × B будет:

C =(1·5+3·6)(1·7+3·8)
(2·5+4·6)(2·7+4·8)
2331
3446

Основные свойства

Матричное умножение имеет несколько важных особенностей:

Для единичной матрицы I (в которой главная диагональ — единицы, остальное — нули) выполняется: A×I = A и I×A = A для любой матрицы A подходящего размера.

Применение в вычислениях

Умножение матриц лежит в основе многих численных методов:

Важно отметить, что в 2025 году современные алгоритмы матричного умножения (такие как алгоритм Штрассена и методы с низкой асимптотической сложностью) позволяют ускорить вычисления, особенно при работе с большими матрицами, что критично для искусственного интеллекта.

Особенности вычислений

При работе с числовыми матрицами стоит учитывать:

  1. Затраты памяти — временные матрицы требуют дополнительного места
  2. Численную устойчивость — накопление ошибок округления
  3. Параллелизацию — возможность распараллеливания операций

Для облегчения понимания многие визуализируют умножение матриц как комбинацию линейных преобразований пространства.

matrixalgebralinear_transformations