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과학

셔먼 모리슨 공식

셔먼 모리슨 공식과학
영문명
Sherman–Morrison formula
갱신 형태
A + uvᵀ
필수 조건
A가 가역이고 1+vᵀA⁻¹u ≠ 0
연관 개념
저계수 행렬 갱신
셔먼 모리슨 공식은 가역행렬 A에 벡터의 외적 uvᵀ를 더했을 때 새 역행렬을 표현하는 항등식이다. 분모 1+vᵀA⁻¹u가 0이 아니어야 한다. 기존 행렬의 분해를 재사용해 갱신된 선형 시스템을 풀 때 활용한다.

공식의 구조

새 역행렬은 A⁻¹ - (A⁻¹uvᵀA⁻¹)/(1+vᵀA⁻¹u)다. 행렬의 곱 순서를 유지해야 하며 분모는 스칼라다. 벡터의 외적은 보통 정사각 행렬이므로 벡터끼리 같은 위치를 곱하는 연산과 구분한다.

단위행렬에서 출발하기

A를 2행 2열 단위행렬, u=(1,2), v=(2,0)으로 두자. 갱신한 행렬의 두 행은 (3,0), (4,1)이다. 분모는 1+2=3이고 공식으로 얻은 역행렬의 두 행은 (1/3,0), (-4/3,1)이다. 두 행렬을 곱하면 단위행렬이 된다.

분모가 0이 되는 예제

같은 A와 u에서 v=(-1,0)으로 바꾸면 분모는 0이다. 갱신한 행렬의 두 행은 (0,0), (-2,1)이 되어 실제로 역행렬이 없다. 분모 조건은 단지 계산의 편의를 위한 장식이 아니다.

역행렬 전체를 만들지 않는 사용법

갱신된 시스템의 우변이 b이면 Ay=b와 Az=u를 먼저 푼 뒤 x=y-z(vᵀy)/(1+vᵀz)로 결합할 수 있다. 기존 분해가 있어야 재사용의 이점이 생긴다. 분모가 매우 작거나 두 큰 항의 차로 결과가 나올 때는 반올림 오차도 확인해야 한다.

관련 문서

역행렬 / LU 분해 / 슈어 보완 / 연립방정식 / 벡터 / 행렬 곱셈 / 부동소수점