线性代数

向量:有方向的数量

10 分钟

从一个迷路的问题开始

「向东走 3 公里」和「向北走 4 公里」,信息量完全不同:数字之外还有方向。只用一个数描述不清的东西,数学家就把它打包成一「串」数,这就是向量

类比:向量是一张导航指令

把向量想成游戏里的移动指令:(3, 4) 就是「横向 +3、纵向 +4」。它有两个属性:方向长度。用勾股定理,(3, 4) 的长度是 5——经典的勾三股四弦五。

向量会算加法,而且很讲理

向量加法就是「指令依次执行」:(3, 4) + (2, 1) = (5, 5)。物理里的合力就是这么算的:两人同向推箱子,力相加;拔河时两边的力相减。19 世纪 80 年代,吉布斯和亥维赛各自独立整理出向量运算,力学和电磁学从此写得又快又清楚。

常见误区:向量不是「带方向的线段」那么死

向量只有方向和长度,没有固定位置。把 (3, 4) 平移到任何地方,它还是同一个向量——就像「向前一步」这条指令,谁执行、在哪执行,内容都一样。

为什么要发明它

因为世界是多维的:位置是 3 个数,一张 100×100 的灰度图是 10000 个数,大模型里的一个词是几千个数。学会向量,你就拿到了进入多维世界的钥匙。

练一练:小明先走 (3, 4),再走 (1, -2),画出他的总位移并算出长度。

小纸条

在方格纸上画出向量 (2, 5) 和 (5, 2),比比谁更长,再画出它们的和。

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