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2026年度秋学期 画像情報処理 第2部・画像情報圧縮 / 第6回 ベクトルと行列について,高...

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2026年度秋学期 画像情報処理 第2部・画像情報圧縮 / 第6回 ベクトルと行列について,高速フーリエ変換(2026. 10. 23, オンデマンド配信回)

関西大学総合情報学部 画像情報処理(担当・浅野晃)
http://racco.mikeneko.jp/Kougi/2026a/IPPR/

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Akira Asano PRO

October 19, 2026

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  1. ベクトルの計算 z = a1 x1 + a2 x2 この計算を 2026年度秋学期

    画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 42
  2. ベクトルの計算 z = a1 x1 + a2 x2 この計算を z=

     a1 a 2   x1 x2  と書く 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 42
  3. ベクトルの計算 z = a1 x1 + a2 x2 この計算を z=

     a1 a 2   x1 x2  と書く 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 42
  4. ベクトルの計算 z = a1 x1 + a2 x2 この計算を z=

     a1 a 2   x1 x2  と書く 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 42
  5. ベクトルの計算 z = a1 x1 + a2 x2 この計算を z=

     a1 a 2 行ベクトル   x1 x2  と書く 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 42
  6. ベクトルの計算 z = a1 x1 + a2 x2 この計算を z=

     a1 a 2 行ベクトル   x1 x2  と書く 列 ベ ク ト ル 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 42
  7. ベクトルの計算 z = a1 x1 + a2 x2 この計算を z=

     a1 a 2 行ベクトル   x1 x2  と書く 列 ベ ク ト ル 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 42
  8. ベクトルの計算 z = a1 x1 + a2 x2 この計算を z=

     a1 a 2 行ベクトル   x1 x2  と書く 列 ベ ク ト ル 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 42
  9. 問題1 問題 1 次のベクトルの計算をしてください。 Pause ⏸    

    3 1 2 4 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 4 42
  10. 問題1 問題 1 次のベクトルの計算をしてください。 (解答例) ▪    

    3 1 2 4     3 = 1 × 3 + 2 × 4 = 3 + 8 = 11 1 2 4 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 5 42
  11. ベクトルの計算が2つ z(1) = z(2) =   a1(1) a2(1) a1(2)

    a2(2)     x1 x2 x1 x2   2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 42
  12. ベクトルの計算が2つ z(1) = z(2) =   a1(1) a2(1) a1(2)

    a2(2)     x1 x2 x1 x2   この計算をまとめて 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 42
  13. ベクトルの計算が2つ z(1) = z(2) =    z(1) z(2)

    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)  =      x1 x2 x1 x2   a1(1) a2(1) a1(2) a2(2) この計算をまとめて  x1 x2  と書く 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 42
  14. ベクトルの計算が2つ z(1) = z(2) =    z(1) z(2)

    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)  =      x1 x2 x1 x2   a1(1) a2(1) a1(2) a2(2) この計算をまとめて  x1 x2  と書く 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 42
  15. ベクトルの計算が2つ z(1) = z(2) =    z(1) z(2)

    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)  =      x1 x2 x1 x2   a1(1) a2(1) a1(2) a2(2) この計算をまとめて  x1 x2  と書く 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 42
  16. ベクトルの計算が2つ z(1) = z(2) =    z(1) z(2)

    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)  =      x1 x2 x1 x2   a1(1) a2(1) a1(2) a2(2) この計算をまとめて  x1 x2  と書く 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 42
  17. ベクトルの計算が2つ z(1) = z(2) =    z(1) z(2)

    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)  =      x1 x2 x1 x2   a1(1) a2(1) a1(2) a2(2) この計算をまとめて  x1 x2  と書く 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 42
  18. ベクトルの計算が2つ z(1) = z(2) =    z(1) z(2)

    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)  =      x1 x2 x1 x2   a1(1) a2(1) a1(2) a2(2) この計算をまとめて  x1 x2  と書く 行列 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 42
  19. 問題2 問題 2 次の行列とベクトルの計算をしてください。    0 1 2

    1 2 1 Pause ⏸ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 7 42
  20. 問題2 問題 2 次の行列とベクトルの計算をしてください。    0 1 2

    1 2 1 (解答例) ▪        0 1 2 0×2+1×1 1 = = 1 2 1 1×2+2×1 4 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 8 42
  21. 図形的意味 X ベクトル 点(x1, x2)  x1 x2  原点O

    2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 42
  22. 図形的意味 行列をかける  a1(1) a2(1) a1(2) a2(2) X ベクトル 点(x1,

    x2)  x1 x2  原点O 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 42
  23. 図形的意味 行列をかける  a1(1) a2(1) a1(2) a2(2) X ベクトル 点(x1,

    x2)  x1 x2  原点O 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 42
  24. 図形的意味 別のベクトルに変換  z(1) z(2)  行列をかける  a1(1) a2(1)

    a1(2) a2(2) X ベクトル 点(x1, x2)  x1 x2  原点O 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 42
  25. 問題3 問題 3   2 問題 2 のベクトル と,問題

    2 の計算結果のベクトルを,座標平面に図示してください。 1 Pause ⏸ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 10 42
  26. 問題3 問題 3   2 問題 2 のベクトル と,問題

    2 の計算結果のベクトルを,座標平面に図示してください。 1 点(1,4) 行列 0 1 1 2 をかける 点(2,1) O 図 2: 問題 3 の解答例. 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 42
  27. 定数倍の計算  s11 s12 s21 s22  a1 a2 

    =λ  a1 a2  2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 42
  28. 定数倍の計算  s11 s12 s21 s22  a1 a2 

    =λ  a1 a2  2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 42
  29. 定数倍の計算  s11 s12 s21 s22  a1 a2 

    =λ   a1 a2  λa1 λa2  の意味 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 42
  30. 行列と行列の計算   s11 s12 s21 s22  s11 s12

    s21 s22  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)  = λ(1)  = λ(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)  2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  31. 行列と行列の計算   s11 s12 s21 s22 s11 s12 s21

    s22   a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)  この計算をまとめて  2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  32. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22  s11

    s12 s21 s22  s11 s12 s21 s22  a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2) a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)  この計算をまとめて   2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  33. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22  s11

    s12 s21 s22  s11 s12 s21 s22  a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2) a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)  この計算をまとめて   2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  34. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22  s11

    s12 s21 s22  s11 s12 s21 s22  a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2) a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)  この計算をまとめて   2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  35. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22  s11

    s12 s21 s22  s11 s12 s21 s22  a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2) a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)  この計算をまとめて   2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  36. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22  s11

    s12 s21 s22  s11 s12 s21 s22  a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2) a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)  この計算をまとめて   2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  37. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22  s11

    s12 s21 s22  s11 s12 s21 s22  a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2) a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)  この計算をまとめて   行列とベクトルの計算が2つ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  38. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22  s11

    s12 s21 s22  s11 s12 s21 s22  a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)   a1(1) a1(2) = a2(1) a2(2)  この計算をまとめて  a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  0 λ(1) 0 λ(2)  行列とベクトルの計算が2つ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  39. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22 s11 s12

    s21 s22 s11 s12 s21 s22    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)   a1(1) a1(2) = a2(1) a2(2)  この計算をまとめて  λ(1)に関する計算 a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  0 λ(1) 0 λ(2)  行列とベクトルの計算が2つ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  40. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22 s11 s12

    s21 s22 s11 s12 s21 s22    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)   a1(1) a1(2) = a2(1) a2(2)  この計算をまとめて  λ(1)に関する計算 a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  0 λ(1) 0 λ(2)  行列とベクトルの計算が2つ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  41. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22 s11 s12

    s21 s22 s11 s12 s21 s22    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)   a1(1) a1(2) = a2(1) a2(2)  この計算をまとめて  λ(1)に関する計算 a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  0 λ(1) 0 λ(2)  行列とベクトルの計算が2つ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  42. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22 s11 s12

    s21 s22 s11 s12 s21 s22    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)   a1(1) a1(2) = a2(1) a2(2)  この計算をまとめて  λ(1)に関する計算 a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  0 λ(1) 0 λ(2)  行列とベクトルの計算が2つ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  43. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22 s11 s12

    s21 s22 s11 s12 s21 s22    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)   a1(1) a1(2) = a2(1) a2(2)  この計算をまとめて  λ(1)に関する計算 a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  0 λ(1) 0 λ(2)  行列とベクトルの計算が2つ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  44. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22 s11 s12

    s21 s22 s11 s12 s21 s22    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)   a1(1) a1(2) = a2(1) a2(2)  この計算をまとめて  λ(1)に関する計算 a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  0 λ(1) 0 λ(2)  行列とベクトルの計算が2つ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  45. 行列と行列の計算    s11 s12 s21 s22 s11 s12

    s21 s22 s11 s12 s21 s22    a1(1) a2(1) a1(2) a2(2)   = λ(1) = λ(2)  a1(1) a2(1)  a1(2) a2(2)   a1(1) a1(2) = a2(1) a2(2)  この計算をまとめて  λ(1)に関する計算 a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  0 λ(1) 0 λ(2)  行列とベクトルの計算が2つ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 42
  46. 問題4 問題 4 次の行列と行列の計算をしてください。  0 1 1 2 

    2 1 1 0  Pause ⏸ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 14 42
  47. 問題4 問題 4 次の行列と行列の計算をしてください。  0 1 1 2 

     2 1 1 0     2 1 (解答例)右側の行列を, と の 2 つのベクトルに分けます。 1 0 ひとつめのベクトルに対しては        0 1 2 0×2+1×1 1 = = 1 2 1 1×2+2×1 4 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 42
  48. 問題4 となり,ふたつめのベクトルに対しては        0

    1 1 0×1+1×0 0 = = 1 2 0 1×1+2×0 1 となります。よって,これらの 2 つのベクトルを並べて      0 1 2 1 1 0 = 1 2 1 0 4 1 となります。▪ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 42
  49. 問題4  0 1 1 2  2 1 1

    0  となり,ふたつめのベクトルに対しては        0 1 1 0×1+1×0 0 = = 1 2 0 1×1+2×0 1 となります。よって,これらの 2 つのベクトルを並べて      0 1 2 1 1 0 = 1 2 1 0 4 1 となります。▪ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 42
  50. 要素がp個の場合  s11 s12 s21 s22  a1 a2 

    =λ  a1 a2  は, 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 42
  51. 要素がp個の場合  s11 s12 s21 s22  a1 a2 

    =λ  a1 a2  は,  s11 s12 · · ·   s12 s22 · · ·  . ..  . .  . sp1 sp2 · · ·     s1p a1 a1     s2p   a2   a2   .  = λ .   .   .   .   .  spp ap ap 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 42
  52. 要素がp個の場合  s11 s12 s21 s22  a1(1) a1(2) a2(1)

    a2(2)  =  a1(1) a1(2) a2(1) a2(2)  0 λ(1) 0 λ(2)  は, 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 42
  53. 要素がp個の場合  s11 s12 s21 s22  a1(1) a1(2) a2(1)

    a2(2)  =  a1(1) a1(2) a2(1) a2(2) は,  s11 s12 · · ·   s12 s22 · · ·  . ..  . .  . sp1 sp2 · · ·  a1(1) a1(2) · · · s1p  s2p   a2(1) a2(2) · · ·  . ..  . .  . spp  ap(1) ap(2) · · · a1(1) a1(2) · · ·   a2(1) a2(2) · · · = ..  .. .  . ap(1) ap(2) · · ·  0 λ(1) 0 λ(2)   a1(p)  a2(p)     ap(p)  λ(1) a1(p)  λ(2) a2(p)      0 ap(p) 0 .. (10) . λ(p)       2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 42
  54. 要素がp個の場合  s11 s12 s21 s22  a1(1) a1(2) a2(1)

    a2(2)  =  a1(1) a1(2) a2(1) a2(2) は,  s11 s12 · · ·   s12 s22 · · ·  . ..  . .  . sp1 sp2 · · ·  a1(1) a1(2) · · · s1p  s2p   a2(1) a2(2) · · ·  . ..  . .  . spp  ap(1) ap(2) · · · a1(1) a1(2) · · ·   a2(1) a2(2) · · · = ..  .. .  . ap(1) ap(2) · · ·  0 λ(1) 0 λ(2)   a1(p)  a2(p)     ap(p)  なんのために??? λ(1) a1(p)  λ(2) a2(p)      0 ap(p) 0 .. (10) . λ(p)       2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 42
  55. 行列を1文字で表す  s11 s12 · · ·   s12

    s22 · · ·  . ..  . .  . sp1 sp2 · · ·  a1(1) a1(2) · · · s1p  s2p   a2(1) a2(2) · · ·  . ..  . .  . spp ap(1) ap(2) · · ·  a1(1) a1(2) · · ·   a2(1) a2(2) · · · = ..  .. .  . ap(1) ap(2) · · ·  a1(p)  a2(p)     ap(p)  λ(1) a1(p)  λ(2) a2(p)      0 ap(p) 0 .. (10) . λ(p)       2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 19 42
  56. 行列を1文字で表す  s11 s12 · · ·   s12

    s22 · · ·  . ..  . .  . S sp1 sp2 · · ·  a1(1) a1(2) · · · s1p  s2p   a2(1) a2(2) · · ·  . ..  . .  . spp ap(1) ap(2) · · ·  a1(1) a1(2) · · ·   a2(1) a2(2) · · · = ..  .. .  . ap(1) ap(2) · · ·  a1(p)  a2(p)     ap(p)  λ(1) a1(p)  λ(2) a2(p)      0 ap(p) 0 .. (10) . λ(p)       2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 19 42
  57. 行列を1文字で表す  s11 s12 · · ·   s12

    s22 · · ·  . ..  . .  . S sp1 sp2 · · ·  a1(1) a1(2) · · · s1p  s2p   a2(1) a2(2) · · ·  . ..  . .  . spp P ap(1) ap(2) · · ·  a1(1) a1(2) · · ·   a2(1) a2(2) · · · = ..  .. .  . ap(1) ap(2) · · ·  a1(p)  a2(p)     ap(p)  λ(1) a1(p)  λ(2) a2(p)      0 ap(p) 0 .. (10) . λ(p)       2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 19 42
  58. 行列を1文字で表す  s11 s12 · · ·   s12

    s22 · · ·  . ..  . .  . S sp1 sp2 · · ·  a1(1) a1(2) · · · s1p  s2p   a2(1) a2(2) · · ·  . ..  . .  . spp  P ap(1) ap(2) · · · a1(1) a1(2) · · ·   a2(1) a2(2) · · · = ..  .. .  . P ap(1) ap(2) · · ·  a1(p)  a2(p)     ap(p)  λ(1) a1(p)  λ(2) a2(p)      0 ap(p) 0 .. (10) . λ(p)       2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 19 42
  59. 行列を1文字で表す  s11 s12 · · ·   s12

    s22 · · ·  . ..  . .  . S sp1 sp2 · · ·  a1(1) a1(2) · · · s1p  s2p   a2(1) a2(2) · · ·  . ..  . .  . spp  P ap(1) ap(2) · · · a1(1) a1(2) · · ·   a2(1) a2(2) · · · = ..  .. .  . P ap(1) ap(2) · · ·  a1(p)  a2(p)     ap(p)  λ(1) a1(p)  λ(2) a2(p)      0 ap(p) 0 Λ .. (10) . λ(p)       2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 19 42
  60. 行列を1文字で表す  s11 s12 · · ·   s12

    s22 · · ·  . ..  . .  . S sp1 sp2 · · ·  a1(1) a1(2) · · · s1p  s2p   a2(1) a2(2) · · ·  . ..  . .  . spp  P ap(1) ap(2) · · · a1(1) a1(2) · · ·   a2(1) a2(2) · · · = ..  .. .  . P ap(1) ap(2) · · ·  a1(p)  a2(p)     ap(p)  λ(1) a1(p)  λ(2) a2(p)      0 ap(p) 0 Λ .. (10) . λ(p)       SP = P Λ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 19 42
  61. 行列を1文字で表す  s11 s12 · · ·   s12

    s22 · · ·  . ..  . .  . S sp1 sp2 · · ·  a1(1) a1(2) · · · s1p  s2p   a2(1) a2(2) · · ·  . ..  . .  . spp  P ap(1) ap(2) · · · a1(1) a1(2) · · ·   a2(1) a2(2) · · · = ..  .. .  . P ap(1) ap(2) · · ·  a1(p)  a2(p)     ap(p)  λ(1) a1(p)  λ(2) a2(p)      0 ap(p) SP = P Λ 0 Λ .. (10) . λ(p)       複雑な計算を,あたかも数の 計算のように単純に考える 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 19 42
  62. 転置行列・対称行列   a b 行列A c d 講義 プリ

    2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 21 42
  63. 転置行列・対称行列   a b 行列A c d 講義 プリ

      a b c d 講義 プリ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 21 42
  64. 転置行列・対称行列   a b 行列A c d 講義 プリ

      a b c d 講義 プリ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 21 42
  65. 転置行列・対称行列   a b 行列A c d 講義 プリ

        a b a c c d b d  を使 講義 プリ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 21 42
  66. 転置行列・対称行列   a b 行列A c d 講義 プリ

        a b a c c d b d  を使 講義 プリ 転置行列 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 21 42
  67. 転置行列・対称行列   a b 行列A c d 講義 プリ

        a b a c 転置行列 t A, At , AT , A c d b d  を使 講義 プリ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 21 42
  68. 転置行列・対称行列   a b 行列A c d 講義 プリ

        a b a c 転置行列 t A, At , AT , A c d b d  を使 講義 プリ ある行列とその転置行列が同じとき,対称行列という 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 21 42
  69. 問題5 問題 5 1.  2.   1 2

    0 1 1 2 0 1  の転置行列を求めてください。 と  1 0 0 1  は,それぞれは対称行列ですか。 Pause ⏸ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 22 42
  70. 問題5 (解答例)   1 0 1. です。 2 1

        1 0 1 2 2. の転置行列は で,もとの行列とは異なるので,対称行列ではありません。一方, 2 1 0 1  1 0 0 1  の転置行列は  1 0 0 1  で,もとの行列と同じなので,これは対称行列です。▪ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 23 42
  71. 逆行列 行列には割り算はない −1 −1 AA = A A = I

    となるA-1を,Aの逆行列という 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 24 42
  72. 逆行列 行列には割り算はない −1 −1 AA = A A = I

    単位行列 (かけ算をしても何もおこらない) となるA-1を,Aの逆行列という 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 24 42
  73. 逆行列 行列には割り算はない −1 −1 AA = A A = I

    となるA-1を,Aの逆行列という 単位行列 (かけ算をしても何もおこらない)  1 0 0 1  2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 24 42
  74. 逆行列 行列には割り算はない −1 −1 AA = A A = I

    単位行列 (かけ算をしても何もおこらない)  となるA-1を,Aの逆行列という 数の場合は 1 a × (逆元)= 1(単位元) a 1 0 0 1  行列の場合は AA (逆行列)= I(単位行列) −1 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 24 42
  75. 直交行列 逆行列が転置行列と同じであるような行列を直交行列という   a b 直交行列の列ベクトルどうしは直交している c d 講義

    プリ 直交した2つのベクトルは, 直交行列で変換されても直交している 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 25 42
  76. 直交行列 逆行列が転置行列と同じであるような行列を直交行列という   a b 直交行列の列ベクトルどうしは直交している c d 講義

    プリ 直交した2つのベクトルは, 直交行列で変換されても直交している 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 25 42
  77. 直交行列 逆行列が転置行列と同じであるような行列を直交行列という   a b 直交行列の列ベクトルどうしは直交している c d 講義

    プリ 直交行列で変換 直交した2つのベクトルは, 直交行列で変換されても直交している 直交行列で変換 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 25 42
  78. 問題6 問題 6 1 R= √ 2 が直交行列であることを確かめてください。  1

    1 −1 1  Pause ⏸ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 26 42
  79. 問題6 (解答例)次のとおりです。        

    1 1 −1 1 1 1 √ RR= √ 2 1 1 2 −1 1     1 1 × 1 + (−1) × (−1) 1 × 1 + (−1) × 1 1 0 = = =I 2 1 × 1 + 1 × (−1) 1×1+1×1 0 1  1 1 1 1 1 −1 √ RR = √ 2 −1 1 2 1 1     1 1×1+1×1 (−1) × 1 + 1 × 1 1 0 = = =I 2 1 × (−1) + 1 × 1 (−1) × (−1) + 1 × 1 0 1  ▪ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 27 42
  80. 問題7 問題 7     1 1 1

    1 1. ベクトル √ と√ が直交していることを,図に描いて確認してください。 2 −1 2 1     1 0 2. 座標軸の x 軸はベクトル で,y 軸はベクトル で,それぞれ表されます。これらのベク 0 1   1 1 1 で変換して,変換後のベクトルも直交していることを図で確認して トルを直交行列 √ 2 −1 1 ください。 Pause ⏸ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 28 42
  81. 問題7 (解答例) 1. 図 4 のとおりで,この 2 つのベクトルは直交しています。 点( 1

    点( 1 , 1 2 ) 2 O 2 図 4: 問題 7-1. ,− 1 ) 2 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 29 42
  82. 問題7 行列 2 (11 −11 )をかけると 直交のまま回転 1 2. x

    軸をこの行列で変換すると 1 √ 2     1  √ 1 1 1 2 = − √12 −1 1 0 で,y 軸をこの行列で変換すると 1 √ 2     1  √ 1 1 0 2 = √1 −1 1 1 2 0 (1) 1 (0) O 図 5: 問題 7-2. です。つまり,この行列の 2 つの列ベクトルがそのまま取り出されます(上で出てきた「単位行 列」を思い出してください) 。したがって,図 5 のように,x, y 軸が,直交したまま 45 度回転した ものに変換されたということができます。▪ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 30 42
  83. 4点だけの信号の離散フーリエ変換 4点だけの信号(N = 4)の離散フーリエ変換を これを行列で書いてみる 離散フーリエ変換の式は U (k) = 3

     n=0   k u(n) exp −i2π n (k = 0, 1, . . . , 3) 4 1つのU( )を計算するのに,掛け算を4回 2 全部で 4 = 16 回の掛け算😵😵 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 33 42
  84. 行列で表すと 行列で表すと   2π W ≡ exp −i 4

        U (0) W 0·0  U (1)   W 1·0     =  U (2)   W 2·0 W 3·0 U (3) W 0·1 W 1·1 W 2·1 W 3·1  とおいて W 0·2 W 1·2 W 2·2 W 3·2   0·3  W u(0)    1·3 W   u(1)    2·3   u(2)  W W 3·3 u(3) すなわち  U (0) W0  U (1)   W 0     =  U (2)   W 0 W0 U (3) W0 W1 W2 W3 W0 W2 W4 W6   0  W u(0)    3 W   u(1)    6 W   u(2)  W9 u(3) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 34 42
  85. 順序を入れ替える    U (0) W0  U (1)

      W 0     =  U (2)   W 0 W0 U (3) W0 W1 W2 W3 W0 W2 W4 W6   0  W u(0)  u(1)  W3      6 W   u(2)  W9 u(3) 右辺のベクトルで,要素の順序を入れ替える    0 W 0 W 0 W U (0)  U (1)   W 0 W 2 W 1     = 0 4 2  U (2)   W W W 0 6 3 W W W U (3)   0  W u(0)    3 W   u(2)    6 W   u(1)  9 W u(3) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 35 42
  86. 順序を入れ替える    U (0) W0  U (1)

      W 0     =  U (2)   W 0 W0 U (3) W0 W1 W2 W3 W0 W2 W4 W6   0  W u(0)  u(1)  W3      6 W   u(2)  W9 u(3) 右辺のベクトルで,要素の順序を入れ替える    0 W 0 W 0 W U (0)  U (1)   W 0 W 2 W 1     = 0 4 2  U (2)   W W W 0 6 3 W W W U (3)   0  W u(0)    3 W   u(2)    6 W   u(1)  9 W u(3) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 35 42
  87. 順序を入れ替える    U (0) W0  U (1)

      W 0     =  U (2)   W 0 W0 U (3) W0 W1 W2 W3 W0 W2 W4 W6   0  W u(0)  u(1)  W3      6 W   u(2)  W9 u(3) 右辺のベクトルで,要素の順序を入れ替える    0 W 0 W 0 W U (0)  U (1)   W 0 W 2 W 1     = 0 4 2  U (2)   W W W 0 6 3 W W W U (3)   0  W u(0)    3 W   u(2)    6 W   u(1)  9 W u(3) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 35 42
  88. 順序を入れ替える    U (0) W0  U (1)

      W 0     =  U (2)   W 0 W0 U (3) W0 W1 W2 W3 W0 W2 W4 W6   0  W u(0)  u(1)  W3      6 W   u(2)  W9 u(3) 右辺のベクトルで,要素の順序を入れ替える    0 W 0 W 0 W U (0)  U (1)   W 0 W 2 W 1     = 0 4 2  U (2)   W W W 0 6 3 W W W U (3)   0  W u(0)    3 W   u(2)    6 W   u(1)  9 W u(3) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 35 42
  89. 順序を入れ替える    U (0) W0  U (1)

      W 0     =  U (2)   W 0 W0 U (3) W0 W1 W2 W3 W0 W2 W4 W6   0  W u(0)  u(1)  W3      6 W   u(2)  W9 u(3) 右辺のベクトルで,要素の順序を入れ替える    0 W 0 W 0 W U (0)  U (1)   W 0 W 2 W 1     = 0 4 2  U (2)   W W W 0 6 3 W W W U (3)   0  W u(0)    3 W   u(2)    6 W   u(1)  9 W u(3) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 35 42
  90. 指数関数/三角関数の性質を使って   4 4 = 1 = W0 W

    = exp −i2π 4    W0 W0 W0 W0   U (0) u(0)  U (1)   W 0 W 2 W 1 W 3   u(2)        =     U (2)   W 0 W 4 W 2 W 6   u(1)  W0 W6 W3 W9 U (3) u(3)    0 W 0 W という周期関数の性質があるので は, 0 W U (0)  U (1)   W 0 W 2 W 1     =  U (2)   W 0 W 0 W 2 0 2 3 W W W U (3)   0  W u(0)    3 W   u(2)     2 W   u(1)  5 W u(3) と表せる 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 36 42
  91. 2つの行列の積に分ける    W0 W0 W0 W0  

    U (0) u(0)  U (1)   W 0 W 2 W 1 W 3   u(2)        =    0 0 2 2  U (2)   W W W W   u(1)  W0 W2 W3 W5 U (3) u(3)    の右辺の行列を,2つに分ける   0  U (0) u(0) W 0 W 0 W 0W 0 W 0W  U (1)   W 0 W 2 W 1 W 0 W 1 W 2   u(2)         =  0 0 2 0 2 0  U (2)   W W W W W W   u(1)  W 0 W 2 W 3W 0 W 3W 2 U (3) u(3)       と表せる 0 W0 W0 0 u(0) 1 0 W0 0    0 1 0 W1  W0 W2 0  0   u(2)    =    2 0 0  1 0 W 0  0 0 W W   u(1)  0 0 W0 W2 0 1 0 W3 u(3) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 37 42
  92. 後半の「行列×ベクトル」は    1 U (0)  U (1)

      0     =   U (2)   1 0 U (3)   W0  W0  W0  0 0 0 0 u(0)    0  1 0 W1   W0 W2 0   u(2)     2 0 0 0 W 0  0 0 W W   u(1)  0 0 W0 W2 1 0 W3 u(3) 0 W 0 W 0 W 2 W 0 W 0 W 0 W 2 W   u(0) u(2)  u(1) u(3)  の後半の 行列×ベクトルは この2つの「分割された行列」の 計算になっている 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 38 42
  93. 後半の「行列×ベクトル」は    1 U (0)  U (1)

      0     =   U (2)   1 0 U (3) Wの掛け算4回   W0  W0  W0  0 0 0 0 u(0)    0  1 0 W1   W0 W2 0   u(2)     2 0 0 0 W 0  0 0 W W   u(1)  0 0 W0 W2 1 0 W3 u(3) 0 W 0 W 0 W 2 W 0 W 0 W 0 W 2 W   u(0) u(2)  u(1) u(3)  の後半の 行列×ベクトルは この2つの「分割された行列」の 計算になっている 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 38 42
  94. 後半の「行列×ベクトル」は    1 U (0)  U (1)

      0     =   U (2)   1 0 U (3) Wの掛け算4回 掛け算4回   W0  W0  W0  0 0 0 0 u(0)    0  1 0 W1   W0 W2 0   u(2)     2 0 0 0 W 0  0 0 W W   u(1)  0 0 W0 W2 1 0 W3 u(3) 0 W 0 W 0 W 2 W 0 W 0 W 0 W 2 W   u(0) u(2)  u(1) u(3)  の後半の 行列×ベクトルは この2つの「分割された行列」の 計算になっている 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 38 42
  95. 後半の「行列×ベクトル」は 掛け算4回    1 U (0)  U

    (1)   0     =   U (2)   1 0 U (3) Wの掛け算4回 掛け算4回   W0  W0  W0  0 0 0 0 u(0)    0  1 0 W1   W0 W2 0   u(2)     2 0 0 0 W 0  0 0 W W   u(1)  0 0 W0 W2 1 0 W3 u(3) 0 W 0 W 0 W 2 W 0 W 0 W 0 W 2 W   u(0) u(2)  u(1) u(3)  の後半の 行列×ベクトルは この2つの「分割された行列」の 計算になっている 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 38 42
  96. 後半の「行列×ベクトル」は 掛け算4回    1 U (0)  U

    (1)   0     =   U (2)   1 0 U (3) Wの掛け算4回 掛け算4回   W0  W0  W0  0 0 0 0 u(0)    0  1 0 W1   W0 W2 0   u(2)     2 0 0 0 W 0  0 0 W W   u(1)  0 0 W0 W2 1 0 W3 u(3) 0 W 0 W 0 W 2 W 0 W 0 W 0 W 2 W   u(0) u(2)  u(1) u(3)  の後半の 行列×ベクトルは この2つの「分割された行列」の 計算になっている 掛け算の回数は 4 + 4 × 2 = 12 回 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 38 42
  97. 後半の「行列×ベクトル」は 掛け算4回    1 U (0)  U

    (1)   0     =   U (2)   1 0 U (3) Wの掛け算4回 掛け算4回   W0  W0  W0  0 0 0 0 u(0)    0  1 0 W1   W0 W2 0   u(2)     2 0 0 0 W 0  0 0 W W   u(1)  0 0 W0 W2 1 0 W3 u(3) 0 W 0 W 0 W 2 W 0 W 0 W 0 W 2 W   u(0) u(2)  u(1) u(3)  の後半の 行列×ベクトルは この2つの「分割された行列」の 計算になっている 掛け算の回数は 4 + 4 × 2 = 12 回 元の 42 = 16 回から減った💡💡 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 38 42
  98. N=8の場合は  W0 W0 W0 W2  u(0) u(2) 

     W0 W0 W0 W2  u(1) u(3)  これらは,N=2のフーリエ変換 N=8 のときは N=8 のフーリエ変換 → 掛け算8回 + 2 × ( N=4 のフーリエ変換) → 掛け算8回 + 2 × (掛け算4回 + 2 × ( N=2 のフーリエ変換 ) ) → 掛け算8回 + 掛け算8回 + 2 × 2 × 掛け算4回 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 39 42
  99. N=8の場合は  W0 W0 W0 W2  u(0) u(2) N=8

    のときは   W0 W0 W0 W2  u(1) u(3)  これらは,N=2のフーリエ変換 2 元々 8 = 64 回の掛け算が必要 N=8 のフーリエ変換 → 掛け算8回 + 2 × ( N=4 のフーリエ変換) → 掛け算8回 + 2 × (掛け算4回 + 2 × ( N=2 のフーリエ変換 ) ) → 掛け算8回 + 掛け算8回 + 2 × 2 × 掛け算4回 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 39 42
  100. N=8の場合は  W0 W0 W0 W2  u(0) u(2) N=8

    のときは   W0 W0 W0 W2  u(1) u(3)  これらは,N=2のフーリエ変換 2 元々 8 = 64 回の掛け算が必要 N=8 のフーリエ変換 → 掛け算8回 + 2 × ( N=4 のフーリエ変換) → 掛け算8回 + 2 × (掛け算4回 + 2 × ( N=2 のフーリエ変換 ) ) → 掛け算8回 + 掛け算8回 + 2 × 2 × 掛け算4回 掛け算の回数は 8 + 8 + 4 × 4 = 32 回💡💡 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 39 42
  101. 「分割統治戦略」 一般に,N点のフーリエ変換には掛け算が N 2 回必要だったのが, log2 N 段階に分割され,それぞれで N 回の掛け算を行うので(概ね),

    N log2 N に比例した回数で済む このように,問題を半分,半分,半分,…に分けていく方法は, 他にもいろいろなところで使われている (「クイックソート」等) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 40 42