rref是行最简矩阵的缩写,全称为reduced row echelon form。在线性代数中,矩阵的最简形式是一种标准形式,它是在一定的矩阵变换下所能达到的最简形态,其中最简形式之一就是行最简形式,而rref就是矩阵变换的结果之一。
rref将矩阵转换成了一个上三角形矩阵。具体特点如下:
①左侧的首个非零元素为1,称之为主元素(leading entry);
②每个主元素都在下一个主元素的下面,称作行阶梯形式(row echelon form);
③除主元素外,每行的其他元素均为零;
④每个主元素上方的元素也全为0;
⑤如果两行都有主元素,它们位于不同的列中,第一行的主元素在第二行的主元素左侧。
rref在求解线性方程组、求解矩阵的逆等线性代数问题中非常有用。行最简形式矩阵的求解需要借助高斯消元法,将系数矩阵化为rref后,很容易求解线性方程组。对于矩阵求逆问题,基于增广矩阵的求逆算法,通过将增广矩阵化为矩阵的最简形式后,再通过一些简单变换就可以得到原矩阵的逆矩阵。
要将一个矩阵化为rref,可以通过高斯-约旦消元法(Gauss-Jordan elimination)进行计算。消元法的基本思想是通过高斯消元把阶梯形矩阵变换为行最简形式,具体操作是对每一列进行求解。在对第j列进行消元时,先将该列的首个非零元素设为1,然后根据该元素将该列中其他元素消为0,之后进行下一列的计算,直到矩阵达到行最简形式。