Здравствуйте! Мы начинаем курс по линейной алгебре. Зачем нужна линейная алгебра? Во-первых, она просто красива. Во-вторых, она полезна на практике, и многие методы машинного обучения не могут без нее обойтись. В этом видео мы введем понятие вектора, обсудим сложение двух векторов и их умножение на число и поймем, как считать расстояние и косинус угла между векторами. Итак, вектор — это столбец из нескольких чисел. На самом деле идея вектора чуть глубже: вектор — это все, что можно описать с помощью столбца из нескольких чисел. В отличие от школьного курса мы не будем писать стрелочку над вектором, чтоб не загромождать записи, а вектор из нулей мы для краткости будем просто обозначать числом ноль. Множество всех векторов из n чисел мы будем называть пространством Rn, и размерностью пространства Rn мы будем называть число элементов в каждом векторе. Длина вектора в честь Евклида называется также евклидовой длиной, евклидовой нормой, обозначается как модуль x (или x в двойных палочках), норма вектора, и равна корню из суммы квадратов компонент. Если посмотреть на картинку на плоскости, вот здесь изображен вектор с координатами четыре, три, и по теореме Пифагора его длина равна корень из три в квадрате плюс четыре в квадрате, равна пяти. Сложение или вычитание двух векторов выполняется естественным образом, то есть поэлементно: первую компоненту складываем с первой компонентой второго вектора (например, два плюс три равно пяти), и так поступаем с каждой компонентой. Геометрически сложение векторов означает прохождение по вектору a, затем прохождение по вектору b, и можно посмотреть на третью сторону треугольника — она будет как раз равна a плюс b. Умножение вектора на число также выполняется очень просто, поэлементно: мы нужное число (например, четыре) умножаем на каждую компоненту вектора. При этом вектор остается на той же прямой и просто удлиняется в несколько раз. Если число будет отрицательным, то он при этом еще изменит направление. Поскольку у нас есть понятие длины отдельного вектора, мы можем определить евклидово расстояние между векторами. Евклидово расстояние между векторами — это длина разницы a минус b. Конечно, по определению следует, что длина вектора не отрицательна, стало быть и расстояние между двумя векторами a и b не отрицательно, и в качестве синонима говорят "евклидова метрика". Рассмотрим более сложное определение — скалярное произведение. Скалярное произведение двух векторов a и b — это сумма всех произведений покомпонентно, компоненты первого вектора на соответствующую компоненту второго вектора. Скалярное произведение достаточно легко считать, а прекрасно оно тем, что позволяет ввести понятие косинуса угла между векторами (это скалярное произведение a на b делить на длину a, делить на длину b) и позволяет ввести угол между векторами: раз есть у нас косинус угла, то возьмем от него арккосинус и получим определение угла между векторами. Скалярное произведение определено всегда, а угол между векторами определен только в случае, если вектора имеют положительную длину. Скалярное произведение обладает рядом приятных свойств. Во-первых, скалярное произведение вектора на самого себя равно квадрату длины вектора. Во-вторых, скалярное произведение линейно по каждому аргументу, то есть константу Лямбда можно вынести за пределы скалярного произведения, а во-вторых, если нужно посчитать скалярное произведение c с суммой a плюс b, то можно посчитать произведение a с c и прибавить к нему произведение b с c. Также скалярное произведение симметрично, означает, что неважно, в каком порядке написаны вектора. И скалярное произведение для ненулевых векторов, как мы уже говорили, несет в себе геометрическую информацию — это длина a помножить на длину b, помножить на косинус угла между ними. Из этой геометрической формулы для скалярного произведения следует и следующий очень приятный интерпретационный факт. Если длина одного из векторов равна единичке (например, длина a), то скалярное произведение a на b — это длина b умножить на косинус угла между векторами и, соответственно, это длина проекции b на a с учетом, смотрит ли эта длина проекции в ту же сторону, что и a (тогда результат будет положительный), или дополнительно появится еще сомножитель минус один, если проекция b будет смотреть в противоположную сторону от вектора a. Поскольку у нас есть понятие скалярного произведения, которое задает собой понятие угла, то мы можем ввести понятие ортогональных векторов. Два вектора называются ортогональными (или перпендикулярными), если их скалярное произведение равно нулю. Конечно же, для ненулевых векторов, у которых положительная длина, это новое определение превращается в определение "косинус угла равен нулю", то есть в старое определение, что угол между векторами равен 90 градусов.