为什么线性代数这么难学?

原创 云深之无迹 2025-02-11 20:12

我在反思为为什么线性代数或者高等代数这么不好学?

千字之下,皆是因果

在直观上初等数学(如微积分)通常以具体问题为主,而线性代数需要从具体问题中抽象出一般规律,这对思维方式的转变要求较高。我们可以轻易的拿物理的概念来说明微积分里面的很多知识,但是线性代数却不是那么容易。

注重理论推导和抽象性质,而不是具体的数值计算。这种从“计算”到“理论”的转变。线性代数里面的数字就是加减乘,100以内就能解决。但是内部充满各种符号。

这就不得不说这个符号的问题了,线性代数使用大量符号和表示方法,如矩阵、行列式、向量、张量等。,第一次学线性代数就没指望学会,而是尝试适应里面的表示。比如竖线,可以是一个行列式,可以是一个绝对值。当然了,数学的符号混乱也有老生常谈了。

多重表示:同一个概念可能有多种表示方式(如向量可以表示为列向量、行向量或几何箭头),容易让人感到困惑。有点像程序里面的重载运算符了。(C++⚠️) 

还有一点就是线性代数的概念之间联系紧密,例如矩阵、向量、线性变换、特征值等概念相互关联。我记得考研一个网课的老师说,线性代数就是这样的,一直学一直糊涂。但是当你全学完,心里面有了知识网的时候又觉得很轻松(这个不好说)。

我个人觉得线性代数是一种结构(当然不是域,群,环这些高端玩意儿~),我感觉更像一种数据结构,它好像可以把一切都装进去。可以是数,向量,矩阵,复数等。又可以扩展,在维度和空间上面,比如我可以使用矩阵装相机采集回来的数据:

空间上面研究形状

就是这样一个东西,没有矩阵根本不知道这东西咋表示

表示完了,事情还没有结束。需要在上面施加各种运算,这也就是为什么线性代数里面对待矩阵,向量有着不同的运算法则。

比如矩阵里面的乘法,大多数人线性代数路上的第一个绊脚石,甚至很多人会拿乘法来简单判断一个人的线性代数水平。

以及向量的内积,外积,叉积,因为有了方向,所以添加了新的法则:

向量内积(点乘)和外积(叉乘)概念及几何意义- 一抹烟霞- 博客园

再有一点就是人类的抽象能力太弱了,我们根本不知道4维怎么表示,更高维就没有办法了。四维空间到底什么样?与三维空间有什么区别?

所以四维空间就是如图所示?那会不会太丑了啊?

高维空间难以想象:线性代数涉及高维空间(如 n 维向量空间),而人类只能直观理解三维空间。高维空间的几何直观难以建立,导致理解困难。

我们根本没有办法想象这些,所以就说回了一开始,需要强大的抽象能力。很多时候不是代数没想好,可能是几何的锅。那几何不好的,可能微积分的世界也是走的磕磕绊绊。

也就是几何与代数结合:线性代数既有几何直观(如向量、空间),又有代数运算(如矩阵、行列式),需要同时掌握几何思维和代数思维。

最该骂的可能是:
周星驰电影经典片段,周星驰骂人功夫有一套,死人骂活_网易视频
应用广泛但不易理解
线性代数在机器学习、计算机图形学、物理学等领域有广泛应用,但这些应用场景通常较为复杂,初学者难以直接理解其意义。
线性代数就是很奇怪,不像微积分一样,你可以从函数慢慢的学,学到变化率,学到积分,从一维到多维。线性代数不一样,大量的概念袭来,然后呢?愣着干嘛!用啊!
相机外参矩阵- BimAnt
相机的外参矩阵

矩阵函数里面的明星:旋转矩阵

可能我说的太绝对,但是就很多的东西,突然就可以使用矩阵理论了。

特征值、特征向量、范数、相似性、酉相似、三角分解、极分解、正定矩阵、非负矩阵,一大家子涌来。
其次人是感性的,学历微积分马上就可以去算不规则的面积。但是线性代数可能没有那么从容也就是与应用脱节。
课程中可能更注重理论推导,而缺乏实际应用的例子,导致大家难以理解学习的目的。
我觉得最需要的是理解概念的本质:不要死记硬背,而是理解每个概念的定义、性质和应用场景。
数学从来不是这样的,大多数都是先有场景然后被抽象成数学这样的结果,结构。
所以我们看到的数学,是浓缩的,是结果,而我们想要的是由来。
好多人说线性代数应该这样学,我首先说,假如国内的教材都看不懂,跟风看这个书,那你的功力还是看不懂,你就是菜!

https://linear.axler.net/LADR4eChinese.pdf
不服去看,这本书好书是公认的,我个人也喜欢,不过如果你连线性代数的门都没有入就别看了,看了就厌学了。
我说的是,你已经迷迷糊糊对线性代数里面的诸多概念有了感觉以及相关的算法很熟练的情况来看。

https://s.csreading.cn/%E6%95%B0%E5%AD%A6/%E7%A8%8B%E5%BA%8F%E5%91%98%E7%9A%84%E6%95%B0%E5%AD%A63-%E7%BA%BF%E6%80%A7%E4%BB%A3%E6%95%B0.pdf
我比较推荐程序员的数学3-线性代数 平冈和幸这本书确实是写出了一个全新的水平,是正经信息计算科学的人写的。
如果这本书你拿来入门,我觉得也不合适,因为你就可以爽一章,从第二章就又进入的迷茫之门,那这本书的作用是什么?我觉得这本书颇具哲学味道,就是你自己就是空间的主宰,让你来定义这个线性代数的世界。考研的话,内容不对,科普的话,章节不全,但是他又写透了一些关键的概念,是一本我时常翻看的书。

我推荐这个书,马同学的内容还是不错的

具体的就不说了,自己看吧。

这个也好看,就是写的啰哩啰嗦的

最后我想说,如果真想学,找个老师吧。线性代数不适合自学。祝大家学业事业顺利!

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