
【計】 reduced incidence matrix
curtail; curtailment; cut short; hold down; keep down
【計】 hold-down
【醫】 minify
【經】 narrow; reduction
【化】 incidence matrix
在電氣工程與圖論領域,縮減關聯矩陣(Reduced Incidence Matrix)是描述網絡拓撲結構的基礎數學工具。該矩陣通過消除原始關聯矩陣的線性相關行,建立具有獨立約束條件的系統方程。
定義與數學表達
設圖G包含n個節點和b條支路,原始關聯矩陣A為n×b矩陣,其元素滿足:
$$a_{ij}= begin{cases} +1 & text{支路j離開節點i} -1 & text{支路j進入節點i} 0 & text{其他情況} end{cases} $$
縮減關聯矩陣A_r通過删除任意參考節點對應行得到,維度為(n-1)×b。這種降維處理保持了基爾霍夫電流定律(KCL)的獨立性(參考:《電路理論基礎》高等教育出版社)。
典型應用
算例說明
考慮圖G含3節點4支路,其原始關聯矩陣為:
$$A= begin{bmatrix} 1 & -1 & 0 & 0 0 & 1 & -1 & -1 -1 & 0 & 1 & 1 end{bmatrix} $$
選定節點3為參考點,縮減後矩陣變為:
$$A_r= begin{bmatrix} 1 & -1 & 0 & 0 0 & 1 & -1 & -1 end{bmatrix} $$
該矩陣滿足rank(A_r)=2,對應圖的獨立節點數(MIT開放式課程講義EE605)。
縮減關聯矩陣是圖論和電路分析中常用的一種矩陣形式,主要用于描述節點與邊(或支路)的關聯關系。以下是詳細解釋:
特征 | 标準關聯矩陣 | 縮減關聯矩陣 |
---|---|---|
行數 | n(所有節點) | n-1(移除參考節點) |
冗餘性 | 包含冗餘信息(行和為0) | 消除冗餘,更簡潔 |
典型用途 | 無向圖描述 | 有向圖/電路分析 |
例如,在電路中選擇一個接地點(參考節點),縮減關聯矩陣會省略該節點對應的行,其餘節點電壓均相對于參考節點計算。這種簡化減少了方程數量,同時保留完整的電路連接信息。
如果需要進一步了解具體計算方法或應用案例,可以參考電路理論或圖論相關教材。
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