<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-4687</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2023.1259836</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Applied Mathematics and Statistics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Linear to multi-linear algebra and systems using tensors</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Pandey</surname> <given-names>Divyanshu</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2379523/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/software/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Venugopal</surname> <given-names>Adithya</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Leib</surname> <given-names>Harry</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2379548/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/funding-acquisition/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/resources/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Department of Electrical and Computer Engineering, Rice University</institution>, <addr-line>Houston, TX</addr-line>, <country>United States</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Independent Researcher</institution>, <addr-line>North York, ON</addr-line>, <country>Canada</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Department of Electrical and Computer Engineering, McGill University</institution>, <addr-line>Montreal, QC</addr-line>, <country>Canada</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Subhas Khajanchi, Presidency University, India</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Debasisha Mishra, National Institute of Technology Raipur, India</p>
<p>Ida Mascolo, University of Naples Federico II, Italy</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Harry Leib <email>harry.leib&#x00040;mcgill.ca</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>05</day>
<month>02</month>
<year>2024</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>1259836</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>16</day>
<month>07</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>29</day>
<month>12</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2024 Pandey, Venugopal and Leib.</copyright-statement>
<copyright-year>2024</copyright-year>
<copyright-holder>Pandey, Venugopal and Leib</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract>
<p>In the past few decades, multi-linear algebra also known as tensor algebra has been adapted and employed as a tool for various engineering applications. Recent developments in tensor algebra have indicated that several well-known concepts from linear algebra can be extended to a multi-linear setting with the help of a special form of tensor contracted product, known as the Einstein product. Thus, the tensor contracted product and its properties can be harnessed to define the notions of multi-linear system theory where the input, output signals, and the system are inherently multi-domain or multi-modal. This study provides an overview of tensor algebra tools which can be seen as an extension of linear algebra, at the same time highlighting the differences and advantages that the multi-linear setting brings forth. In particular, the notions of tensor inversion, tensor singular value, and tensor eigenvalue decomposition using the Einstein product are explained. In addition, this study also introduces the notion of contracted convolution for both discrete and continuous multi-linear system tensors. Tensor network representation of various tensor operations is also presented. In addition, application of tensor tools in developing transceiver schemes for multi-domain communication systems, with an example of MIMO CDMA system, is presented. This study provides a foundation for professionals whose research involves multi-domain or multi-modal signals and systems.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>tensors</kwd>
<kwd>contracted product</kwd>
<kwd>Einstein product</kwd>
<kwd>contracted convolution</kwd>
<kwd>multi-linear systems</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="12"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="81"/>
<ref-count count="50"/>
<page-count count="19"/>
<word-count count="15098"/>
</counts>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Dynamical Systems</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Tensors are multi-way arrays that are indexed by multiple indices and the number of indices is called the <italic>order</italic> of the tensor [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. Subsequently, matrices and vectors can be seen as order two and order one tensors respectively. Higher-order tensors are inherently capable of mathematically representing processes and systems with dependency on more than two indices. Hence, tensors are widely employed for several applications in many engineering and science disciplines. Tensors were initially introduced for applications in Physics during the early nineteenth century [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. Later with the study of Tucker [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>], tensors were used in Psychometrics in the 1960s for extending two-way data analysis to higher-order datasets and further in Chemometrics in the 1980s [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. The last few decades have witnessed a surge in their applications in areas such as data mining [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], computer vision [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], neuroscience [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], machine learning [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], signal processing [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>], multi-domain communications [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>], and controls system theory [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]. When appropriately employed, tensors can help in developing models that capture interactions between various parameters of multi-domain systems. Such tensor-based system representation can enhance the understanding of the mutual effects of various system domains.</p>
<p>Given the wide scope of applications that tensors support, there have been many recent publications summarizing the essential topics in tensor algebra. One such primary reference is Kolda and Bader [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] where the fundamental tensor decompositions such as Tucker, PARAFAC, and their variants are discussed in great detail with applications. Another useful reference is Comon [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] which presents tensors as a mapping from one linear space to another, along with a discussion on tensor ranks. A more signal processing oriented outlook on tensors is considered in Cichocki et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>], including applications such as Big Data storage and Compressed sensing. A more recent and exhaustive tutorial style study is Sidiropoulos et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] which presents a detailed overview of up-to-date tensor decomposition algorithms, computations, and applications in machine learning. Similarly, Chen et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>] presents such an overview with applications in multiple-input multiple-output (MIMO) wireless communications. In addition, Kisil et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>] provides a detailed review of many tensor decompositions with a focus on the needs of Data Analytics community. However, all these studies do not consider in particular the notions of tensor contracted product and contracted convolution, which are the crux of this study. With the help of a specific form of contracted product, known as the Einstein product of tensors, various tensor decompositions and properties can be established which may be viewed as an intuitive and meaningful extension of the corresponding linear algebra concepts.</p>
<p>The most popular and widely used decompositions in the case of matrices are the singular value and eigenvalue decompositions. In order to consider their extensions to higher-order tensors, it is important to note there is no single generalization that preserves all the properties of the matrix case [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]. The most commonly used generalization of the matrix singular value decomposition is known as a higher-order singular value decomposition (HOSVD) which is basically the same as Tucker decomposition for higher-order tensors [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]. Similarly, several definitions exist in the literature for tensor eigenvalues as a generalization of the matrix eigenvalues [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>]. More recently, in order to solve a set of multi-linear equations using tensor inversion, a specific notion of tensor singular value decomposition and eigenvalue decomposition was introduced in Brazell et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>], which generalizes the matrix SVD and EVD to tensors through a fixed transformation of the tensors into matrices. The authors in Brazell et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] establish the equivalence between the Einstein product of tensors and the matrix product of the transformed tensors, thereby proving that a tensor group endowed with the Einstein product is structurally similar or isomorphic to a general linear group of matrices. The notion of equivalence between the Einstein product of tensors and the corresponding matrix product of the transformed tensors is important and relevant as it helps in developing many tools and concepts from matrix theory such as matrix inverse, ranks, and determinants for tensors. Hence as a follow-up to Brazell et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>], several other studies explored different notions of linear algebra which can be extended to multi-linear algebra using the Einstein product [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>].</p>
<p>The purpose of this study is 2-fold. First, we intend to present an overview of tensor algebra concepts developed in the past decade using the Einstein product. Since there is a natural way of extending linear algebra concepts to tensors, in this paper we present a summary of the most commonly used and relevant concepts which can equip the reader with tools to define and prove other properties more specific to their intended applications. Second, this study introduces the notion of contracted convolutions for both discrete and continuous system tensors. The theory of linear time invariant (LTI) systems has been an indispensable tool in various engineering applications such as communication systems, and controls. Now with the evolution of these subjects to multi-domain communication systems and multi-linear systems theory, there is a need to better understand the classical topics in a multi-domain setting. This study intends to provide such tools through a tutorial style presentation of the subject matter leading to a mechanism to develop more tools needed for research and applications in any multi-domain/multi-dimensional/multi-modal/multi-linear setting.</p>
<p>The organization of this study is as follows: In Section 2, we present basic tensor definitions and operations, including the concept of signal tensors and contracted convolutions. In Section 3, we present the tensor network representation of various tensor operations. Section 4 presents some tensor decompositions based on the Einstein product. Section 5 defines the notions of multi-linear system tensors and discusses their stability in both time and frequency domains. It also includes a detailed discussion on the application of tensors to multi-linear system representation with an example of MIMO CDMA system. The study is concluded in Section 6.</p></sec>
<sec id="s2">
<title>2 Fundamentals of tensors and notation</title>
<p>A tensor is a multi-way array whose elements are indexed by three or more indices. Each index may correspond to a different domain, dimension, or mode of the quantity being represented by the array. The order of the tensor is the number of such indices or domains or dimensions or modes. A vector is often referred to as a tensor of order-1, a matrix as a tensor of order-2 and tensors of order greater than 2 are known as higher-order tensors.</p>
<sec>
<title>2.1 Notations</title>
<p>In this study, we use lowercase underline fonts to represent vectors, e.g., <underline>x</underline>, uppercase fonts to represent matrices, e.g., X and uppercase calligraphic fonts to represent tensors, e.g., <inline-formula><mml:math id="M1"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. The individual elements of a tensor are denoted by the indices in subscript, e.g., the (<italic>i</italic><sub>1</sub>, <italic>i</italic><sub>2</sub>, <italic>i</italic><sub>3</sub>)th element of a third-order tensor <inline-formula><mml:math id="M2"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is denoted by <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sub><italic>i</italic><sub>1</sub>, <italic>i</italic><sub>2</sub>, <italic>i</italic><sub>3</sub></sub>. A colon in subscript for a mode corresponds to every element of that mode corresponding to fixed other modes. For instance, <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sub>:,<italic>i</italic><sub>2</sub>, <italic>i</italic><sub>3</sub></sub> denotes every element of tensor <inline-formula><mml:math id="M5"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> corresponding to <italic>i</italic><sub>2</sub>th second and <italic>i</italic><sub>3</sub>th third mode. The <italic>n</italic>th element in a sequence is denoted by a superscript in parentheses, e.g., <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sup>(<italic>n</italic>)</sup> denotes the <italic>n</italic><sup><italic>th</italic></sup> tensor in a sequence of tensors. We use &#x02102; and &#x02102;<sub><italic>k</italic></sub> to denote a set of complex numbers and a set of complex numbers which are a function of <italic>k</italic>, respectively.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.2 Definitions and tensor operations</title>
<p>Definition 1. <bold>Tensor linear space</bold> : The set of all tensors of size <italic>I</italic><sub>1</sub>&#x000D7;&#x022EF; &#x000D7; <italic>I</italic><sub><italic>K</italic></sub> over &#x02102; forms a linear space, denoted as <italic>&#x1D54B;</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>K</italic></sub></sub>(&#x02102;). For <inline-formula><mml:math id="M7"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M8"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x02208; <italic>&#x1D54B;</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>K</italic></sub></sub>(&#x02102;) and &#x003B1; &#x02208; &#x02102;, the sum <inline-formula><mml:math id="M9"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0002B; <inline-formula><mml:math id="M10"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0003D; <inline-formula><mml:math id="M11"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>C</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x02208; <italic>&#x1D54B;</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>K</italic></sub></sub>(&#x02102;) where <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>C</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sub><italic>i</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>k</italic></sub></sub> &#x0003D; <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sub><italic>i</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>k</italic></sub></sub> &#x0002B; <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sub><italic>i</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>k</italic></sub></sub>, and scalar multiplication &#x003B1;&#x000B7;<inline-formula><mml:math id="M15"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0003D; <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x02208; <italic>&#x1D54B;</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>K</italic></sub></sub>(&#x02102;) where <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sub><italic>i</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>k</italic></sub></sub> &#x0003D; &#x003B1;<inline-formula><mml:math id="M18"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sub><italic>i</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>k</italic></sub></sub> [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>].</p>
<p>Definition 2. <bold>Fiber</bold>: Fiber is defined by fixing every index in a tensor but one. A matrix column is a mode-1 fiber, and a matrix row is a mode-2 fiber. Similarly, a third-order tensor has column (mode-1), row (mode-2), and tube (mode-3) fibers [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>].</p>
<p>Definition 3. <bold>Slices</bold>: Slices are two-dimensional sections of a tensor defined by fixing all but two indices.</p>
<p>Definition 4. <bold>Norm</bold>: The <italic>p</italic>&#x02212;norm of an order <italic>N</italic> tensor <inline-formula><mml:math id="M19"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is defined as</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M20"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>X</mml:mi><mml:msub><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mn>.....</mml:mn><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo>&#x02223;</mml:mo></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant='script'>X</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>....</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Subsequently, the 2&#x02212;norm or the Frobenius norm of <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is defined as the square root of the sum of the square of absolute values of all its elements:</p>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M22"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x02223;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In addition, the 1&#x02212;norm and &#x0221E;&#x02212;norm of a tensor are defined as</p>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M23"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M24"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo class="qopname">&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Definition 5. <bold>Kronecker product of Matrices</bold>: The Kronecker product of two matrices A of size <italic>I</italic> &#x000D7; <italic>J</italic> and B of size <italic>K</italic> &#x000D7; <italic>L</italic>, denoted by A &#x02297; B, is a matrix of size (<italic>IK</italic>) &#x000D7; (<italic>JL</italic>) and is defined as</p>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M25"><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mo>&#x02297;</mml:mo><mml:mtext>B</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>B</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Definition 6. <bold>Matricization transformation</bold> : Let us denote the linear space of <italic>P</italic> &#x000D7; <italic>Q</italic> matrices over &#x02102; as <italic>&#x1D544;</italic><sub><italic>P, Q</italic></sub>(&#x02102;). For an order <italic>K</italic> &#x0003D; <italic>N</italic> &#x0002B; <italic>M</italic> tensor <inline-formula><mml:math id="M26"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the transformation <italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>,&#x02026;,<italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>:<italic>&#x1D54B;</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>, <italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(&#x02102;) &#x021D2; <italic>&#x1D544;</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>&#x000B7;<italic>I</italic><sub>2</sub>&#x022EF;<italic>I</italic><sub><italic>N</italic>&#x02212;1</sub>&#x000B7;<italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>, <italic>J</italic><sub>1</sub>&#x000B7;<italic>J</italic><sub>2</sub>&#x022EF;<italic>J</italic><sub><italic>M</italic>&#x02212;1</sub>&#x000B7;<italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(&#x02102;) with <italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(<inline-formula><mml:math id="M27"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>) &#x0003D; A is defined component-wise as [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]</p>
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M28"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mover><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:msubsup><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:msubsup><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:msubsup><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:msubsup><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This transformation is essentially a matrix unfolding of a tensor by partitioning its indices into two disjoint subsets corresponding to rows and columns [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>]. The widely used vectorization operation as defined in [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>] is a specific case of <xref ref-type="disp-formula" rid="E6">Equation (6)</xref> where <italic>J</italic><sub>1</sub> &#x0003D; &#x022EF; &#x0003D; <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub> &#x0003D; 1. The bar notation in subscript of <italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub> denotes the partitioning after <italic>N</italic> modes of an <italic>N</italic> &#x0002B; <italic>M</italic> order tensor. The first <italic>N</italic> modes correspond to the rows, and the last <italic>M</italic> modes correspond to the columns of the representing matrix. This transformation is bijective [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>], and it preserves addition and scalar multiplication operations, i.e., for <inline-formula><mml:math id="M29"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x02208; <italic>&#x1D54B;</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>, <italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(&#x02102;) and any scalar &#x003B1; &#x02208; &#x02102;, we have <italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(<inline-formula><mml:math id="M31"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0002B; <inline-formula><mml:math id="M32"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>) &#x0003D; <italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(<inline-formula><mml:math id="M33"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>)&#x0002B;<italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(<inline-formula><mml:math id="M34"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>) and <italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(&#x003B1;<inline-formula><mml:math id="M35"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>) &#x0003D; &#x003B1;<italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(<inline-formula><mml:math id="M36"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>). Hence, the linear spaces <italic>&#x1D54B;</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>, <italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(&#x02102;) and <italic>&#x1D544;</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>&#x000B7;<italic>I</italic><sub>2</sub>&#x022EF;<italic>I</italic><sub><italic>N</italic>&#x02212;1</sub>&#x000B7;<italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>, <italic>J</italic><sub>1</sub>&#x000B7;<italic>J</italic><sub>2</sub>&#x022EF;<italic>J</italic><sub><italic>M</italic>&#x02212;1</sub>&#x000B7;<italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(&#x02102;) are isomorphic, and the transformation <italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub> is an isomorphism between the linear spaces. For a matrix, the transformation (<xref ref-type="disp-formula" rid="E6">6</xref>) does no change when <italic>N</italic> &#x0003D; <italic>M</italic> &#x0003D; 1, creates a column vector when <italic>N</italic> &#x0003D; 2, <italic>M</italic> &#x0003D; 0 and a row vector when <italic>N</italic> &#x0003D; 0, <italic>M</italic> &#x0003D; 2.</p>
<sec>
<title>2.2.1 Tensor products</title>
<p>Tensors have multiple modes; hence, a product between two tensors can be defined in various ways. In this section, we present definitions of the most commonly used tensor products.</p>
<p>Definition 7. <bold>Tensor Contracted product</bold> [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>]: Consider two tensors <inline-formula><mml:math id="M37"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M38"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. We can multiply both tensors along their common <italic>M</italic> modes, and the resulting tensor <inline-formula><mml:math id="M39"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is given by</p>
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M40"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M41"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>It is important to note that the modes to be contracted need not be consecutive. However, the size of the corresponding dimensions must be equal. For example, tensors <inline-formula><mml:math id="M42"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x02208; &#x02102;<sup><italic>K</italic>&#x000D7;<italic>L</italic>&#x000D7;<italic>M</italic>&#x000D7;<italic>N</italic></sup> and <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x02208; &#x02102;<sup><italic>K</italic>&#x000D7;<italic>M</italic>&#x000D7;<italic>Q</italic>&#x000D7;<italic>R</italic></sup> can be contracted along the first and third mode of <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and first and second mode of <inline-formula><mml:math id="M45"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> as <inline-formula><mml:math id="M46"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>C</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0003D; {<inline-formula><mml:math id="M47"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>}<sub>{1, 3;1, 2}</sub> where <inline-formula><mml:math id="M49"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>C</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x02208; &#x02102;<sup><italic>L</italic>&#x000D7;<italic>N</italic>&#x000D7;<italic>Q</italic>&#x000D7;<italic>R</italic></sup>. Matrix multiplication between A &#x02208; &#x02102;<sup><italic>I</italic>&#x000D7;<italic>J</italic></sup> and B &#x02208; &#x02102;<sup><italic>J</italic>&#x000D7;<italic>K</italic></sup> can be seen as a specific case of the contracted product as A&#x000B7;B &#x0003D; {A, B}<sub>{2;1}</sub> where &#x000B7; represents usual matrix multiplication. Several other tensor products can be defined as specific cases of contracted products. One such commonly used tensor product is the Einstein product where the modes to be contracted are at a fixed location as defined next.</p>
<p>Definition 8. <bold>Einstein product</bold> : The Einstein product between tensors <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> &#x02208; </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M51"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> &#x02208; </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is defined as a contraction between their <italic>N</italic> common modes, denoted by &#x0002A;<sub><italic>N</italic></sub>, as [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]:</p>
<disp-formula id="E9"><label>(9)</label><mml:math id="M52"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In Einstein product, contraction is over <italic>N</italic> consecutive modes and can also be written using the more general notation with contracted modes in subscript. For instance, for sixth-order tensors <inline-formula><mml:math id="M53"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M54"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>S</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x02208; &#x02102;<sup><italic>I</italic>&#x000D7;<italic>J</italic>&#x000D7;<italic>K</italic>&#x000D7;<italic>I</italic>&#x000D7;<italic>J</italic>&#x000D7;<italic>K</italic></sup>, we have</p>
<disp-formula id="E10"><label>(10)</label><mml:math id="M55"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script' mathsize='normal'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:msub><mml:mi mathvariant='script'>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script' mathsize='normal'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi mathvariant='script'>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>v</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>w</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script' mathsize='normal'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>S</mml:mi><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0007B;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>&#x0007D;</mml:mo></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Note that one can define Einstein product for several specific mode orderings. For instance, in [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>], Einstein product is defined as contraction over <italic>N</italic> alternate modes and not consecutive modes. However, that would not change the concepts presented here, so far as we remain consistent with the definition.</p>
<p>Definition 9. <bold>Inner product</bold>: The inner product of two tensors <inline-formula><mml:math id="M56"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> of the same order <italic>N</italic> with all the dimensions of same length is given by</p>
<disp-formula id="E11"><label>(11)</label><mml:math id="M58"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>It can also be seen as the Einstein product of tensors where contraction is along all the dimensions, i.e., &#x02329;<inline-formula><mml:math id="M59"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>&#x0232A; &#x0003D; <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>  &#x0002A;<sub><italic>N</italic></sub><inline-formula><mml:math id="M62"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>  &#x0003D; <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>  &#x0002A;<sub><italic>N</italic></sub><inline-formula><mml:math id="M64"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> .</p>
<p>Definition 10. <bold>Outer product</bold>: Consider two tensors <inline-formula><mml:math id="M65"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M66"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> of order <italic>N</italic> and <italic>M</italic>, respectively. The outer product between <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M68"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> denoted by <inline-formula><mml:math id="M69"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x025CB; <inline-formula><mml:math id="M70"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is given by a tensor of size <italic>I</italic><sub>1</sub>&#x000D7;<italic>I</italic><sub>2</sub>&#x000D7;&#x022EF; &#x000D7; <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>&#x000D7;<italic>J</italic><sub>1</sub>&#x000D7;<italic>J</italic><sub>2</sub>&#x000D7;&#x022EF; &#x000D7; <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub> with individual elements as</p>
<disp-formula id="E12"><label>(12)</label><mml:math id="M71"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x025CB;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>It can also be seen as a special case of the Einstein product of tensors in <xref ref-type="disp-formula" rid="E9">Equation (9)</xref> with <italic>N</italic> &#x0003D; 0.</p>
<p>Definition 11. <bold>n-mode product</bold>: The <italic>n</italic>-mode product of a tensor <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> with a matrix <inline-formula><mml:math id="M73"><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">U</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is denoted by <inline-formula><mml:math id="M74"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>&#x000D7;<sub><italic>n</italic></sub>U and is defined as [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]:</p>
<disp-formula id="E13"><label>(13)</label><mml:math id="M75"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Each mode-<italic>n</italic> fiber is multiplied by the matrix U. The result of <italic>n</italic>-mode product is a tensor of the same order but with a new <italic>n</italic>th mode of size <italic>J</italic>. The resulting tensor is of the size <italic>I</italic><sub>1</sub>&#x000D7;<italic>I</italic><sub>2</sub>&#x000D7;&#x022EF; &#x000D7; <italic>I</italic><sub><italic>n</italic>&#x02212;1</sub>&#x000D7;<italic>J</italic>&#x000D7;<italic>I</italic><sub><italic>n</italic>&#x0002B;1</sub>&#x000D7;&#x02026;<italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>.</p>
<p>Definition 12. <bold>Square tensors</bold> : A tensor <inline-formula><mml:math id="M76"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is called a square tensor if <italic>N</italic> &#x0003D; <italic>M</italic> and <italic>I</italic><sub><italic>k</italic></sub> &#x0003D; <italic>J</italic><sub><italic>k</italic></sub> for <italic>k</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>N</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>].</p>
<p>For order-4 tensors <inline-formula><mml:math id="M77"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M78"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> of size <italic>I</italic>&#x000D7;<italic>J</italic>&#x000D7;<italic>I</italic>&#x000D7;<italic>J</italic>, it was shown in Brazell et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] that <italic>f</italic><sub><italic>I, J</italic>|<italic>I, J</italic></sub>(<inline-formula><mml:math id="M79"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0002A;<sub>2</sub> <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>) &#x0003D; <italic>f</italic><sub><italic>I, J</italic>|<italic>I, J</italic></sub>(<inline-formula><mml:math id="M81"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>)&#x000B7;<italic>f</italic><sub><italic>I, J</italic>|<italic>I, J</italic></sub>(<inline-formula><mml:math id="M82"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>). This result was further extended to a tensor of any order and size in Wang and Xu [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>] as the following lemma:</p>
<p><bold> Lemma 1</bold>. For tensors <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M84"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> using the matrix unfolding from <xref ref-type="disp-formula" rid="E6">Equation (6)</xref>, we get</p>
<disp-formula id="E14"><label>(14)</label><mml:math id="M85"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Definition 13. <bold>Pseudo-diagonal tensors</bold> : Any tensor <inline-formula><mml:math id="M86"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> of order <italic>N</italic>&#x0002B;<italic>M</italic> is called pseudo-diagonal if its transformation D &#x0003D; <italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(<inline-formula><mml:math id="M87"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>) yields a diagonal matrix such that D<sub><italic>i, j</italic></sub> is non-zero only when <italic>i</italic> &#x0003D; <italic>j</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>].</p>
<p>Since the mapping (<xref ref-type="disp-formula" rid="E6">6</xref>) is bijective, one can establish that a diagonal matrix D&#x02208;&#x02102;<sup><italic>I</italic>&#x000D7;<italic>J</italic></sup> under inverse transformation <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">D</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> will yield a pseudo-diagonal tensor where <italic>I</italic> &#x0003D; <italic>I</italic><sub>1</sub>&#x022EF;<italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub> and <italic>J</italic> &#x0003D; <italic>J</italic><sub>1</sub>&#x022EF;<italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub>. A square tensor <inline-formula><mml:math id="M89"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is pseudo-diagonal if all its elements <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sub><italic>i</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>N</italic></sub>, <italic>j</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>j</italic><sub><italic>N</italic></sub></sub> are zero except when <italic>i</italic><sub>1</sub> &#x0003D; <italic>j</italic><sub>1</sub>, <italic>i</italic><sub>2</sub> &#x0003D; <italic>j</italic><sub>2</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>N</italic></sub> &#x0003D; <italic>j</italic><sub><italic>N</italic></sub>. Such a tensor is referred to as a diagonal tensor in Brazell et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] and Sun et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>] and as a U-diagonal tensor in [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. However, we define it as pseudo-diagonal in this study, so as to distinguish it from the diagonal tensor definition more widely found in the literature which states that a diagonal tensor is one where elements <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sub><italic>i</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>N</italic></sub></sub> are zero except when <italic>i</italic><sub>1</sub> &#x0003D; <italic>i</italic><sub>2</sub> &#x0003D; &#x022EF; &#x0003D; <italic>i</italic><sub><italic>N</italic></sub> [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. This can be seen as a stricter diagonal rule as non-zero elements exist only when all the modes have the same index whereas in a pseudo-diagonal tensor, say of order 2<italic>N</italic>, elements are non-zero when every <italic>i</italic>th and (<italic>i</italic> &#x0002B; <italic>N</italic>)th mode have the same index for <italic>i</italic> &#x0003D; 1, &#x02026;, <italic>N</italic>. An illustration of order-4 tensor showing the difference between diagonal and pseudo-diagonal structures can be found in Pandey et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. For a matrix, which has just two modes, the diagonal and pseudo-diagonal structures are the same. The notion of pseudo-diagonality can be defined with respect to partition after any number of modes. For instance, for a third-order pseudo-diagonal tensor, it is important to specify whether the pseudo-diagonalilty is with respect to partition after the first mode or the second mode. For simplicity, in this study wherever we write a pseudo-diagonal tensor explicitly as order <italic>N</italic> &#x0002B; <italic>M</italic> or 2<italic>N</italic>, the pseudo-diagonality is with respect to partition after first <italic>N</italic> modes.</p>
<p>Definition 14. <bold>Pseudo-triangular tensor</bold> [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]: A tensor <inline-formula><mml:math id="M92"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is defined to be pseudo-lower triangular if</p>
<disp-formula id="E15"><label>(15)</label><mml:math id="M93"><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x02003;if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>k</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02003;otherwise</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M94"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are arbitrary scalars. Similarly, the tensor is said to be pseudo-upper triangular if</p>
<disp-formula id="E16"><label>(16)</label><mml:math id="M95"><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext>&#x02003;if&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>k</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mtext>&#x02003;otherwise.</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>An illustration of an upper triangular tensor of size <italic>J</italic><sub>1</sub>&#x000D7;<italic>J</italic><sub>2</sub>&#x000D7;<italic>I</italic><sub>1</sub>&#x000D7;<italic>I</italic><sub>2</sub> with <italic>I</italic><sub>1</sub> &#x0003D; <italic>I</italic><sub>2</sub> &#x0003D; <italic>J</italic><sub>1</sub> &#x0003D; <italic>J</italic><sub>2</sub> &#x0003D; 3 is presented in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref> and its pseudo-upper triangular elements highlighted in gray along with its pseudo-diagonal elements shown in black. A similar illustration of a lower triangular tensor can be found in Venugopal and Leib [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. It can be readily seen that a lower triangular tensor becomes a lower triangular matrix under the tensor-to-matrix transformation defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="E6">Equation (6)</xref>, and a pseudo-upper triangular tensor becomes an upper triangular matrix.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Pseudo-upper triangular tensor.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1259836-g0001.tif"/>
</fig>
<p>Definition 15. <bold>Identity tensor</bold> [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]: An identity tensor <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is a pseudo-diagonal tensor of order 2<italic>N</italic> such that for any tensor <inline-formula><mml:math id="M97"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we have <inline-formula><mml:math id="M98"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and in which all non-zero entries are 1, i.e.,</p>
<disp-formula id="E17"><label>(17)</label><mml:math id="M99"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script' mathsize='normal'><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>k</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>where&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>p</mml:mi><mml:mo>&#x02260;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>2.2.2 Transpose, Hermitian, and inverse of a tensor</title>
<p>The transpose of a matrix is a permutation of its two indices corresponding to rows and columns. Since elements of a higher-order tensor are indexed by multiple indices, there are several permutations of such indices, and hence, there can be multiple ways to write the transpose or Hermitian of a tensor. Such permutation-dependent transpose of a tensor is defined in Pan [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>].</p>
<p>Assume the set <italic>S</italic><sub><italic>N</italic></sub> &#x0003D; {1, 2, &#x02026;, <italic>N</italic>} and &#x003C3; is a permutation of <italic>S</italic><sub><italic>N</italic></sub>. We denote &#x003C3;(<italic>j</italic>) &#x0003D; <italic>i</italic><sub><italic>j</italic></sub> for<italic>j</italic> &#x0003D; 1, 2, &#x02026;, <italic>N</italic> where {<italic>i</italic><sub>1</sub>, <italic>i</italic><sub>2</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>N</italic></sub>} &#x0003D; {1, 2, &#x02026;, <italic>N</italic>} &#x0003D; <italic>S</italic><sub><italic>N</italic></sub>. Since <italic>S</italic><sub><italic>N</italic></sub> is a finite set with <italic>N</italic> elements, it has <italic>N</italic>! different permutations. Hence, discounting the identity permutation &#x003C3;(<italic>j</italic>) &#x0003D; [1, 2, &#x02026;, <italic>N</italic>], there are <italic>N</italic>!&#x02212;1 different transposes for a tensor with <italic>N</italic> dimensions or modes. For a tensor <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we define its transpose associated with a certain permutation &#x003C3; as <inline-formula><mml:math id="M101"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> with entries</p>
<disp-formula id="E18"><label>(18)</label><mml:math id="M102"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Similarly, the Hermitian of a tensor <inline-formula><mml:math id="M103"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> associated with a permutation &#x003C3; is defined as the conjugate of its transpose and is denoted as <inline-formula><mml:math id="M104"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> with entries</p>
<disp-formula id="E19"><label>(19)</label><mml:math id="M105"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>For example, a transpose of a third-order tensor <inline-formula><mml:math id="M106"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> such that its third mode is transposed with the first can be written as <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sup><italic>T&#x003C3;</italic></sup> where &#x003C3; &#x0003D; [3, 2, 1] with components <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. For two tensors <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M110"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we have [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>]</p>
<disp-formula id="E20"><label>(20)</label><mml:math id="M111"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02329;</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>&#x0232A;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Consider a tensor <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and its transposition <inline-formula><mml:math id="M113"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sup><italic>T&#x003C3;</italic></sup> where the last <italic>M</italic> modes are swapped with the first <italic>N</italic> modes. Such a permutation can be denoted as &#x003C3; &#x0003D; [(<italic>N</italic>&#x0002B;1), &#x02026;(<italic>N</italic>&#x0002B;<italic>M</italic>), 1, &#x02026; <italic>N</italic>] where <inline-formula><mml:math id="M114"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>. Since we will use tensors to define system theory elements with fixed order <italic>M</italic> output and order <italic>N</italic> input, the most often encountered case of transpose or Hermitian in this study would be after <italic>N</italic> modes of an <italic>N</italic>&#x0002B;<italic>M</italic> or 2<italic>N</italic> tensor, i.e., &#x003C3; &#x0003D; [(<italic>N</italic>&#x0002B;1), &#x02026;(<italic>N</italic>&#x0002B;<italic>M</italic>), 1, &#x02026; <italic>N</italic>]. Henceforth, in such a case we drop the superscript &#x003C3; for ease of representation and represent such a transpose by <inline-formula><mml:math id="M115"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sup><italic>T</italic></sup> and its conjugate by <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sup><italic>H</italic></sup>.</p>
<p>Furthermore, a square tensor <inline-formula><mml:math id="M117"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is called a <italic>unitary</italic> tensor if <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>The tensor <inline-formula><mml:math id="M119"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is an <italic>inverse</italic> of a square tensor of same size, <inline-formula><mml:math id="M120"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> if <inline-formula><mml:math id="M121"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. The inverse of a tensor exists if its transformation <italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub></sub>(<inline-formula><mml:math id="M122"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>) is invertible [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. Several algorithms using the Einstein product such as Higher-order Bi-conjugate Gradient method [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] or Newton&#x00027;s method [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>] can be used to find tensor inverse without relying on actually transforming the tensor into a matrix.</p>
<p>As a generalization of the matrix Moore-Penrose inverse, the <italic>Moore-Penrose inverse</italic> of a tensor <inline-formula><mml:math id="M123"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is defined as a tensor <inline-formula><mml:math id="M124"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> that satisfies [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>]:</p>
<disp-formula id="E21"><mml:math id="M125"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>For a tensor <inline-formula><mml:math id="M126"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the Moore-Penrose inverse always exists and is unique [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>].</p>
<p>Based on the definition of tensor inverse, Hermitian, and the Einstein product, several tensor algebra relations and properties can be derived. Here, we present a few properties that are often used and can be easily derived:</p>
<list list-type="order">
<list-item><p><italic>Associativity</italic>: For tensors <inline-formula><mml:math id="M127"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M128"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M129"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>C</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we have</p>
<p><disp-formula id="E22"><label>(21)</label><mml:math id="M130"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>C</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>C</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item><p><italic>Commutativity</italic>: The Einstein product is not commutative in all cases. However, for the specific case where the contraction is taken over all the <italic>N</italic> modes of one of the tensors, say for tensors <inline-formula><mml:math id="M131"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M132"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we get</p>
<p><disp-formula id="E23"><label>(22)</label><mml:math id="M133"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item><p><italic>Distributivity</italic>: For tensors, <inline-formula><mml:math id="M134"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M135"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>C</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we have</p>
<p><disp-formula id="E24"><label>(23)</label><mml:math id="M136"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>C</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>C</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>C</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item><p>For tensors <inline-formula><mml:math id="M137"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M138"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we have</p>
<p><disp-formula id="E25"><label>(24)</label><mml:math id="M139"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item><p>For square invertible tensors <inline-formula><mml:math id="M140"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M141"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we have</p>
<p><disp-formula id="E26"><label>(25)</label><mml:math id="M142"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p></list-item>
</list></sec>
<sec>
<title>2.2.3 Function tensors</title>
<p>A <italic>function tensor</italic> <inline-formula><mml:math id="M143"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is an order <italic>N</italic> tensor whose components are functions of <italic>x</italic>. Using a third-order function tensor as an example, each component of <inline-formula><mml:math id="M144"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>(<italic>x</italic>) is written as <inline-formula><mml:math id="M145"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sub><italic>i, j, k</italic></sub>(<italic>x</italic>). If <italic>x</italic> takes discrete values, we represent the function tensor using square bracket notation as <inline-formula><mml:math id="M146"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>[<italic>x</italic>].</p>
<p>A generalization of the function tensor would be the <italic>multivariate function tensor</italic> <inline-formula><mml:math id="M147"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which is an order <italic>N</italic> tensor whose components are functions of the continuous variables <italic>x</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>x</italic><sub><italic>p</italic></sub>. If the variables take discrete values, we denote the function tensor as <inline-formula><mml:math id="M148"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>[<italic>x</italic><sub>1</sub>, &#x022EF;, <italic>x</italic><sub><italic>p</italic></sub>]. Using the same example of a third-order tensor, each component can be written as <inline-formula><mml:math id="M149"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sub><italic>i, j, k</italic></sub>(<italic>x</italic><sub>1</sub>, <italic>x</italic><sub>2</sub>, &#x02026;, <italic>x</italic><sub><italic>p</italic></sub>).</p>
<p>A linear system is often expressed as A<underline>x</underline> &#x0003D; <underline>b</underline> where A&#x02208;&#x02102;<sup><italic>M</italic>&#x000D7;<italic>N</italic></sup> is a matrix operating upon the vector <underline>x</underline>&#x02208;&#x02102;<sup><italic>N</italic></sup> to produce another vector <underline>b</underline>&#x02208;&#x02102;<sup><italic>M</italic></sup> [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. Essentially, the matrix defines a linear operator <inline-formula><mml:math id="M150"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>L</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> between two vector linear spaces &#x02102;<sup><italic>N</italic></sup> and &#x02102;<sup><italic>M</italic></sup>. A multi-linear system can be thus defined as a linear operator between two tensor linear spaces <inline-formula><mml:math id="M151"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M152"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, i.e., <inline-formula><mml:math id="M153"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>ML</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Multi-linear systems model several phenomena in various science and engineering applications. However, often in literature, a multi-linear system is degenerated into a linear system by mapping the tensor linear space <inline-formula><mml:math id="M154"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> into a vector linear space <inline-formula><mml:math id="M155"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> through vectorization. The vectorization process allows one to use tools from linear algebra for convenience but also leads to a representation where the distinction between different modes of the system is lost. Thus, possible hidden patterns, structures, and correlations cannot be explicitly identified in the vectorized tensor entities. With the help of tensor contracted product, one can develop signals and system representation without having to rely on vectorization, at the same time extending tools from linear to multi-linear setting intuitively.</p>
</sec>
</sec>
<sec>
<title>2.3 Discrete time signal tensors</title>
<p>A <italic>discrete time signal tensor</italic> <inline-formula><mml:math id="M156"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is a function tensor whose components are functions of the sampled time index <italic>n</italic>. A discrete tensor signal can also be called a tensor sequence indexed by <italic>n</italic>.</p>
<p>A multi-linear time invariant <italic>discrete system tensor</italic> is an order <italic>N</italic> &#x0002B; <italic>M</italic> tensor sequence <inline-formula><mml:math id="M157"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> that couples an input tensor sequence <inline-formula><mml:math id="M158"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> of order <italic>N</italic> with an output tensor sequence <inline-formula><mml:math id="M159"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> of order <italic>M</italic> through a discrete contracted convolution defined as</p>
<disp-formula id="E27"><label>(26)</label><mml:math id="M160"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Most often the ordering of the modes while defining such system tensors is fixed, where the system tensor contracts over all the input modes. Hence for a more compact notation, we can define the contracted convolution using the Einstein product as</p>
<disp-formula id="E28"><label>(27)</label><mml:math id="M161"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In scalar signals and systems notations, a convolution between two functions is often represented using an asterisk (&#x0002A;). However, to make a distinction with the Einstein product notation which also uses the asterisk symbol, we denote the contracted convolution using the notation &#x02022;<sub><italic>N</italic></sub>, i.e.,</p>
<disp-formula id="E29"><label>(28)</label><mml:math id="M162"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02022;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The complex frequency domain representation of discrete signal tensors can be given using the z-transform of the signal tensors, as discussed next.</p>
<p>Definition 16. <bold>z-transform of a Discrete Tensor Sequence:</bold> The z-transform of <inline-formula><mml:math id="M163"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> denoted by <inline-formula><mml:math id="M164"><mml:mrow><mml:mover><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x02102;</mml:mi><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a tensor of the z-transform of its components defined as</p>
<disp-formula id="E30"><label>(29)</label><mml:math id="M165"><mml:mrow><mml:mover><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Z</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>with components <inline-formula><mml:math id="M166"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mover><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
<p>The discrete time Fourier transform denoted by <inline-formula><mml:math id="M167"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='true'>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x02131;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of a tensor sequence can be found by substituting <italic>z</italic> &#x0003D; <italic>e</italic><sup><italic>j&#x003C9;</italic></sup> in its z-transform as</p>
<disp-formula id="E31"><label>(30)</label><mml:math id="M168"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='true'>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Taking the z-transform of <xref ref-type="disp-formula" rid="E29">Equation (28)</xref>, we get</p>
<disp-formula id="E32"><label>(31)</label><mml:math id="M169"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover><mml:mi mathvariant='script'>Y</mml:mi><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mi mathvariant='script'>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle mathvariant='script' mathsize='normal'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant='script'>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle mathvariant='script' mathsize='normal'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant='script'>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle mathvariant='script' mathsize='normal'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mi mathvariant='script'>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle mathvariant='script' mathsize='normal'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mover><mml:mi mathvariant='script'>X</mml:mi><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:munder><mml:mstyle mathvariant='script' mathsize='normal'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msup><mml:mi>z</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mover><mml:mi mathvariant='script'>X</mml:mi><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover><mml:mstyle mathvariant='script' mathsize='normal'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mover><mml:mi mathvariant='script'>X</mml:mi><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which shows that the discrete contracted convolution between two tensors in the time domain as given by <xref ref-type="disp-formula" rid="E29">Equation (28)</xref> leads to the Einstein product between the tensors in the z-domain.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.4 Continuous time signal tensors</title>
<p>A <italic>continuous time signal tensor</italic> <inline-formula><mml:math id="M170"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is a function tensor whose components are functions of the continuous time variable <italic>t</italic>.</p>
<p>A multi-linear time invariant <italic>continuous system tensor</italic> is an order <italic>N</italic>&#x0002B;<italic>M</italic> tensor <inline-formula><mml:math id="M171"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> that couples an order <italic>N</italic> input continuous tensor signal <inline-formula><mml:math id="M172"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> with an order <italic>M</italic> output tensor signal <inline-formula><mml:math id="M173"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> through a continuous contracted convolution defined as</p>
<disp-formula id="E33"><label>(32)</label><mml:math id="M174"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In cases where the mode sequence is fixed, similar to the discrete case, we can define a more compact notation using the Einstein product as:</p>
<disp-formula id="E34"><label>(33)</label><mml:math id="M175"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x02022;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The frequency domain representation of continuous signal tensors can be given using the Fourier transform of the signal tensor as defined next.</p>
<p>Definition 17. <bold>Fourier transform</bold>: The Fourier transform of <inline-formula><mml:math id="M176"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> denoted by <inline-formula><mml:math id="M177"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a tensor of the Fourier transform of its components defined as</p>
<disp-formula id="E35"><label>(34)</label><mml:math id="M178"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>F</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with components <inline-formula><mml:math id="M179"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Using similar line of derivation as for <xref ref-type="disp-formula" rid="E32">Equation (31)</xref>, it can be shown that <xref ref-type="disp-formula" rid="E34">Equation (33)</xref> can be written in frequency domain as <inline-formula><mml:math id="M180"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x00304;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p></sec></sec>
<sec id="s3">
<title>3 Tensor networks</title>
<p>Tensor network (TN) diagrams are a graphical way of illustrating tensor operations [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>]. A TN diagram uses a node to represent a tensor, and each outgoing edge from a node represents a mode of the tensor. As such, a vector can be represented through a node with a single edge, a matrix through a node with double edges, and an order <italic>N</italic> tensor through a node with <italic>N</italic> edges. This is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure 2</xref>. Any form of tensor contraction can be visually presented through a TN diagram.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>TN diagram representation of <bold>(A)</bold> vector of size <italic>I</italic><sub>1</sub>, <bold>(B)</bold> matrix of size <italic>I</italic><sub>1</sub> &#x000D7; <italic>I</italic><sub>2</sub>, <bold>(C)</bold> order-3 tensor of size <italic>I</italic><sub>1</sub> &#x000D7; <italic>I</italic><sub>2</sub> &#x000D7; <italic>I</italic><sub>3</sub>, and <bold>(D)</bold> order <italic>N</italic> tensor of size <italic>I</italic><sub>1</sub> &#x000D7; &#x022EF; &#x000D7; <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1259836-g0002.tif"/>
</fig>
<sec>
<title>3.1 Illustration of contracted products</title>
<p>A contraction between two modes of a tensor is represented in TN by connecting the edges corresponding to the modes that are to be contracted. Hence, the number of free edges represents the order of the resulting tensor. As such any contracted product can be illustrated through a TN diagram, and a few examples are shown in <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3</xref>. In <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3A</xref>, the mode-<italic>n</italic> product of a tensor <inline-formula><mml:math id="M181"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math id="M182"><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">U</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, i.e., <inline-formula><mml:math id="M183"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>&#x000D7;<sub><italic>n</italic></sub>U from <xref ref-type="disp-formula" rid="E13">Equation (13)</xref> is depicted where the <italic>n</italic>th edge of <inline-formula><mml:math id="M184"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is connected with the second edge of U to represent the contraction of these modes of the same dimension. <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3B</xref> shows the inner product between two third-order tensors <inline-formula><mml:math id="M185"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M186"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>&#x02208;&#x02102;<sup><italic>I</italic>&#x000D7;<italic>J</italic>&#x000D7;<italic>K</italic></sup> where all the edges of both the tensors are connected. Since there is no free edge remaining, the result is a scalar. In <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3C</xref>, a fifth-order tensor <inline-formula><mml:math id="M187"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>&#x02208;&#x02102;<sup><italic>I</italic>&#x000D7;<italic>J</italic>&#x000D7;<italic>K</italic>&#x000D7;<italic>L</italic>&#x000D7;<italic>M</italic></sup> contracts with a fourth-order tensor <inline-formula><mml:math id="M188"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>&#x02208;&#x02102;<sup><italic>J</italic>&#x000D7;<italic>P</italic>&#x000D7;<italic>L</italic>&#x000D7;<italic>N</italic></sup> along its two common modes as {<inline-formula><mml:math id="M189"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M190"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>}<sub>{2, 4;1, 3}</sub>. The resulting tensor is an order-5 tensor as there are a total of five free edges in the diagram. Finally, <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure 3D</xref> shows the Einstein product between tensors from <xref ref-type="disp-formula" rid="E9">Equation (9)</xref> where the common <italic>N</italic> modes are connected and we have <italic>P</italic>&#x0002B;<italic>M</italic> free edges.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>TN representation of contracted product <bold>(A)</bold> mode-<italic>n</italic> product between <inline-formula><mml:math id="M191"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M192"><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">U</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <bold>(B)</bold> between tensor <inline-formula><mml:math id="M193"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M194"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x02208; &#x02102;<sup><italic>I</italic>&#x000D7;<italic>J</italic>&#x000D7;<italic>K</italic></sup> over all the three modes (inner product), <bold>(C)</bold> between <inline-formula><mml:math id="M195"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x02208; &#x02102;<sup><italic>I</italic>&#x000D7;<italic>J</italic>&#x000D7;<italic>K</italic>&#x000D7;<italic>L</italic>&#x000D7;<italic>M</italic></sup> and <inline-formula><mml:math id="M196"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x02208; &#x02102;<sup><italic>J</italic>&#x000D7;<italic>P</italic>&#x000D7;<italic>L</italic>&#x000D7;<italic>N</italic></sup> as {<inline-formula><mml:math id="M197"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M198"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>}<sub>{2, 4;1, 3}</sub>, and <bold>(D)</bold> Einstein product between tensors <inline-formula><mml:math id="M199"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M200"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1259836-g0003.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>3.2 Illustration of contracted convolutions</title>
<p>A contracted convolution is an operation between tensor functions. A function tensor in a TN diagram is represented by a node which is a function of a variable. To represent a function tensor in a TN, we use a rectangular node rather than a circular node. For a given value of the time index <italic>k</italic>, the contracted convolution from <xref ref-type="disp-formula" rid="E29">Equation (28)</xref> can be depicted using a TN diagram as shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>. Note that each <inline-formula><mml:math id="M201"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>[<italic>k</italic>] is calculated by computing the Einstein product for all the values of <italic>n</italic>. Hence, the TN diagram contains a sequence of Einstein product representations between <inline-formula><mml:math id="M202"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>[<italic>n</italic>] and <inline-formula><mml:math id="M203"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>[<italic>k</italic>&#x02212;<italic>n</italic>]. We suggest a compact representation of the contracted convolution similar to the contracted product, where we connect the edges of the function tensor using a dashed line to represent a contracted convolution as shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref>. This creates a distinction between the two representations. If the corresponding edges are connected via solid lines, it represents a contracted product, and if they are connected via dashed lines, it represents a contracted convolution.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>TN representation of contracted convolution from <xref ref-type="disp-formula" rid="E29">Equation (28)</xref>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1259836-g0004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Compact TN representation of contracted convolution from <xref ref-type="disp-formula" rid="E29">Equation (28)</xref>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1259836-g0005.tif"/>
</fig>
<p>To the best of our knowledge, a diagrammatic representation of contracted convolution operation has not been proposed in the literature yet. However, we suggest this representation as it allows an easy way to illustrate multi-domain systems and capture their interactions visually. Note that various contracted products have already been widely depicted in the literature using TN for ease of illustration. Even though a contracted convolution can be seen as a sum of contracted products, depicting it using contracted products in a TN, such as in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure 4</xref>, would lead to a rather complicated representation. Moreover, when considering multiple systems spanning multiple domains interacting with each other, such complicated illustrations would be challenging to interpret and analyze mathematically. Hence, our choice of illustration for contracted convolution in a TN provides an elegant and interpretable visualization of multi-domain systems interaction. In Section 5.3.2, we consider an example of a multi-domain communication system that can be modeled using contracted convolutions, represented through a TN, to illustrate the ease of system representation using our proposed method.</p>
<p>Very often, TN diagrams are used to represent tensor operations as they provide a better visual understanding and thereby aid in developing algorithms to compute tensor operations by making use of elements from graph theory and data structures. Furthermore, a TN diagram can also be used to illustrate how a tensor is formed from several other component tensors. Hence, most tensor decompositions studied in literature are often represented using a TN. In the next section, we discuss some tensor decompositions.</p></sec></sec>
<sec id="s4">
<title>4 Tensor decompositions</title>
<p>Several tensor decompositions such as the Tucker decomposition, Canonical Polyadic (CP) or the Parallel Factor (PARAFAC) decomposition, Tensor Train decomposition, and many more have been extensively studied in the literature [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]. However, in the past decade with the help of Einstein product and its properties, a generalization of matrix SVD and EVD has been proposed in the literature which has found applications in solving multi-linear system of equations and systems theory [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. In this section, we present some such decompositions using the Einstein product of tensors.</p>
<sec>
<title>4.1 Tensor singular value decomposition (SVD)</title>
<p>Tucker decomposition of a tensor can be seen as a higher-order SVD [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>] and has found many applications, particularly in extracting low-rank structures in higher dimensional data [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. A more specific version of tensor SVD is explored in Brazell et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] as a tool for finding tensor inversion and solving multi-linear systems. Note that Brazell et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] presents SVD for square tensors only. The idea of SVD from Brazell et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] is further generalized for any even order tensor in Sun et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]. However, it can be further extended for any arbitrary order and size of the tensor. We present a tensor SVD theorem here for any tensor of order <italic>N</italic>&#x0002B;<italic>M</italic>.</p>
<p><bold> Theorem 1</bold>. For a tensor, <inline-formula><mml:math id="M204"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the SVD of <inline-formula><mml:math id="M205"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> has the form:</p>
<disp-formula id="E36"><label>(35)</label><mml:math id="M206"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>V</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M207"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M208"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>V</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> are unitary tensors, and <inline-formula><mml:math id="M209"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is a pseudo-diagonal tensor whose non-zero values are the singular values of <inline-formula><mml:math id="M210"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Proof. For tensors <inline-formula><mml:math id="M211"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M212"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, from <xref ref-type="disp-formula" rid="E14">Equation (14)</xref>, we get</p>
<disp-formula id="E37"><label>(36)</label><mml:math id="M213"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>If <inline-formula><mml:math id="M214"><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">A</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M215"><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">B</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> are transformed matrices from <inline-formula><mml:math id="M216"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M217"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, respectively, then substituting <italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(<inline-formula><mml:math id="M218"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>) &#x0003D; A and <italic>f</italic><sub><italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub>|<italic>K</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>K</italic><sub><italic>P</italic></sub></sub>(<inline-formula><mml:math id="M219"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>) &#x0003D; B in <xref ref-type="disp-formula" rid="E37">Equation (36)</xref> gives us</p>
<disp-formula id="E38"><label>(37)</label><mml:math id="M220"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">A</mml:mtext><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">A</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Hence if A &#x0003D; U&#x000B7;D&#x000B7;V<sup><italic>H</italic></sup> (obtained from matrix SVD), then based on <xref ref-type="disp-formula" rid="E38">Equation (37)</xref>, for an order <italic>N</italic>&#x0002B;<italic>M</italic> tensor <inline-formula><mml:math id="M221"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we have</p>
<disp-formula id="E39"><label>(38)</label><mml:math id="M222"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mtext>U</mml:mtext><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>V</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mtext>U</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>V</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>V</mml:mi></mml:mstyle><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Note that for a tensor of order <italic>N</italic>&#x0002B;<italic>M</italic>, we will get different SVDs for different values of <italic>N</italic> and <italic>M</italic>, but for a given <italic>N</italic> and <italic>M</italic>, the SVD is unique which depends on the matrix SVD of <italic>f</italic><sub><italic>I</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>I</italic><sub><italic>N</italic></sub>|<italic>J</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>J</italic><sub><italic>M</italic></sub></sub>(<inline-formula><mml:math id="M223"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>) &#x0003D; A. A proof of this theorem for 2<italic>N</italic> order tensors with <italic>N</italic> &#x0003D; <italic>M</italic> using transformation defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="E6">Equation (6)</xref> is provided in [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. This SVD can be seen as a specific case of Tucker decomposition by expressing the unitary tensors in terms of the factor matrices obtained through Tucker decomposition. Let us consider an example of a fourth-order tensor. For a tensor <inline-formula><mml:math id="M224"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the Tucker decomposition has the form:</p>
<disp-formula id="E40"><label>(39)</label><mml:math id="M225"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">B</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where B<sup>(<italic>i</italic>)</sup> are factor matrices along all four modes of the tensor and &#x000D7; <sub><italic>n</italic></sub> denotes the <italic>n</italic>-mode product. Now, <xref ref-type="disp-formula" rid="E40">Equation (39)</xref> can be written in matrix form as follows [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]:</p>
<disp-formula id="E41"><label>(40)</label><mml:math id="M226"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:munder><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>B</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02297;</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>B</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='true'>&#x0FE38;</mml:mo></mml:munder><mml:mtext>U</mml:mtext></mml:munder><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mtext>D</mml:mtext><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:munder><mml:munder><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>B</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02297;</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>B</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy='true'>&#x0FE38;</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>V</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Now using the transformation from <xref ref-type="disp-formula" rid="E6">Equation (6)</xref>, we can map the elements of matrix U to a tensor <inline-formula><mml:math id="M227"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> as</p>
<disp-formula id="E42"><label>(41)</label><mml:math id="M228"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">U</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Also since U &#x0003D; (B<sup>(1)</sup> &#x02297; B<sup>(2)</sup>) and Kronecker product when written element-wise can be expressed as [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]</p>
<disp-formula id="E43"><label>(42)</label><mml:math id="M229"><mml:mrow><mml:mtable columnalign='right'><mml:mtr columnalign='right'><mml:mtd columnalign='right'><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>U</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>B</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>B</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='right'><mml:mtd columnalign='right'><mml:mrow><mml:mo>&#x021D2;</mml:mo><mml:msub><mml:mi mathvariant='script'>U</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>B</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mtext>B</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>This relation can be seen as the unitary tensor <inline-formula><mml:math id="M230"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> being the outer product of matrices B<sup>(1)</sup> and B<sup>(2)</sup> [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] but with different mode permutation. Similar relation can be established for <inline-formula><mml:math id="M231"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>V</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> in terms of B<sup>(3)</sup> and B<sup>(4)</sup>.</p></sec>
<sec>
<title>4.2 Tensor eigenvalue decomposition (EVD)</title>
<p>As a generalization of matrix eigenvalues to tensors, several definitions exist in the literature for tensor eigenvalues [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>]. But most of these definitions apply to super-symmetric tensors which are defined as a class of tensors that are invariant under any permutation of their indices [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>]. Such an approach has applications in Physics and Mechanics [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>], but there is no single generalization to a higher-order tensor case that preserves all the properties of matrix eigenvalues [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. Here, we present a particular generalization from Liang et al.[<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>], Cui et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>], and Chen et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>] which can be seen as the extension of the matrix spectral decomposition theorem and has applications in multi-linear system theory.</p>
<p>Definition 18. Let <inline-formula><mml:math id="M232"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, &#x003BB; &#x02208; &#x02102;, where <inline-formula><mml:math id="M233"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and &#x003BB; satisfy <inline-formula><mml:math id="M234"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0002A;<sub><italic>N</italic></sub> <inline-formula><mml:math id="M235"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0003D; &#x003BB;<inline-formula><mml:math id="M236"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, then we call <inline-formula><mml:math id="M237"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and &#x003BB; as <italic>eigentensor</italic> and <italic>eigenvalue</italic> of <inline-formula><mml:math id="M238"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, respectively [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>].</p>
<p>Using the definition of Hermitian tensor and tensor eigenvalues, the following lemma can be readily established:</p>
<p>Lemma 2. The eigenvalues of a complex Hermitian tensor <inline-formula><mml:math id="M239"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> are always real.</p>
<p>Theorem 2. The EVD of a Hermitian tensor <inline-formula><mml:math id="M240"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is given as [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]</p>
<disp-formula id="E44"><label>(43)</label><mml:math id="M241"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M242"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is a unitary tensor, and <inline-formula><mml:math id="M243"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is a square pseudo-diagonal tensor, i.e., <inline-formula><mml:math id="M244"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi mathvariant='script'>D</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if (<italic>i</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>N</italic></sub>) &#x02260; (<italic>j</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>j</italic><sub><italic>N</italic></sub>) with its non-zero values being the eigenvalues of <inline-formula><mml:math id="M245"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M246"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> containing the eigentensors of <inline-formula><mml:math id="M247"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>This theorem can be proven using Lemma 1, and details are provided in Brazell et al., and Liang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. The eigenvalues of <inline-formula><mml:math id="M248"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> are same as the eigenvalues of <inline-formula><mml:math id="M249"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. We will refer to a tensor <inline-formula><mml:math id="M250"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> as <italic>positive semi-definite</italic>, denoted by <inline-formula><mml:math id="M251"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0227D; 0 if all its eigenvalues are non-negative, which is same as <inline-formula><mml:math id="M252"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> being a positive semi-definite matrix. A tensor is <italic>positive definite</italic>, <inline-formula><mml:math id="M253"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0227B; 0, if all its eigenvalues are strictly greater than zero. A positive semi-definite pseudo-diagonal tensor <inline-formula><mml:math id="M254"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> will have all its components non-negative. Its square root can be denoted as <inline-formula><mml:math id="M255"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sup>1/2</sup> which is also pseudo-diagonal positive semi-definite whose elements are the square root of elements of <inline-formula><mml:math id="M256"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math id="M257"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. Similarly, if <inline-formula><mml:math id="M258"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is positive definite, its inverse can be denoted as <inline-formula><mml:math id="M259"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula><sup>&#x02212;1</sup> which is also pseudo-diagonal whose non-zero elements are the reciprocal of the corresponding elements of <inline-formula><mml:math id="M260"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. Based on tensor EVD, we can also write the square root of any Hermitian positive semi-definite tensor as <inline-formula><mml:math id="M261"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and inverse of any Hermitian positive definite tensor as <inline-formula><mml:math id="M262"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. It is straightforward to see that the singular values of a tensor <inline-formula><mml:math id="M263"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> are the square root of the eigenvalues of tensor <inline-formula><mml:math id="M264"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. From SVD, if <inline-formula><mml:math id="M265"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>V</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, then</p>
<disp-formula id="E45"><label>(44)</label><mml:math id="M266"><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msup><mml:mi mathvariant='script'>A</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant='script'>A</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant='script'>D</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant='script'>U</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>U</mml:mi><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant='script'>D</mml:mi><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant='script'>D</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mi mathvariant='script'>D</mml:mi><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mi mathvariant='script'>V</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M267"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is the pseudo-diagonal tensor with eigenvalues of <inline-formula><mml:math id="M268"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> on its pseudo-diagonal which are square of the singular values obtained from the SVD of <inline-formula><mml:math id="M269"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Definition 19. <bold>Trace</bold>: The trace of a tensor <inline-formula><mml:math id="M270"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is defined as the sum of its pseudo-diagonal entries:</p>
<disp-formula id="E46"><label>(45)</label><mml:math id="M271"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">tr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Definition 20. <bold>Determinant</bold>: The determinant of a tensor <inline-formula><mml:math id="M272"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> is defined as the product of its eigenvalues, i.e., if <inline-formula><mml:math id="M273"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, then</p>
<disp-formula id="E47"><label>(46)</label><mml:math id="M274"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x0220F;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The eigenvalues of <inline-formula><mml:math id="M275"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> are the same as that of its matrix transformation, hence <inline-formula><mml:math id="M276"><mml:mrow><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>det</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>A</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Note that there exist other definitions in the literature for determinants based on how one chooses to define the eigenvalues of tensors [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>]. The definition presented here is the same as the unfolding determinant in [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>].</p>
<sec>
<title>4.2.1 Some properties of trace and determinant</title>
<p>The following properties can be easily shown by writing the tensors component-wise or using Lemma 1.</p>
<list list-type="order">
<list-item><p>For two tensors <inline-formula><mml:math id="M277"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M278"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> of same size and order <italic>N</italic>,
<disp-formula id="E48"><label>(47)</label><mml:math id="M279"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">tr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x025CB;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">tr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x025CB;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item><p>For tensors <inline-formula><mml:math id="M280"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M281"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we have</p>
<p><disp-formula id="E49"><label>(48)</label><mml:math id="M282"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">tr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">tr</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<p><disp-formula id="E50"><label>(49)</label><mml:math id="M283"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p>
<list list-type="simple">
<list-item><p>where <inline-formula><mml:math id="M284"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M285"><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> are identity tensors of order 2<italic>N</italic> and 2<italic>M</italic>, respectively. To prove <xref ref-type="disp-formula" rid="E50">Equation (49)</xref>, we can use Lemma 1 and Sylvester&#x00027;s matrix determinant identity [<xref ref-type="bibr" rid="B44">44</xref>].</p></list-item>
</list></list-item>
<list-item><p>For tensors <inline-formula><mml:math id="M286"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, we have
<disp-formula id="E51"><label>(50)</label><mml:math id="M287"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mo class="qopname">det</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula></p></list-item>
<list-item><p>Trace of a square tensor is the sum of its eigenvalues.</p></list-item>
<list-item><p>The absolute value of the determinant of a unitary tensor is 1, and the determinant of a square pseudo-diagonal tensor is the product of its pseudo-diagonal entries.</p></list-item>
</list></sec></sec>
<sec>
<title>4.3 Tensor LU decomposition</title>
<p>LU decomposition is a powerful tool in linear algebra that can be used for solving systems of equations. In order to solve systems of multi-linear equations, Liang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] proposed an LU decomposition form for tensors. For <inline-formula><mml:math id="M288"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, the LU factorization takes the form:</p>
<disp-formula id="E52"><label>(51)</label><mml:math id="M289"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>L</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M290"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>L</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> are pseudo-lower and pseudo-upper triangular tensors, respectively. In order to solve a system of multi-linear equation <inline-formula><mml:math id="M291"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0002A;<sub><italic>N</italic></sub> <inline-formula><mml:math id="M292"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0003D; <inline-formula><mml:math id="M293"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> to find <inline-formula><mml:math id="M294"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>, LU decomposition of <inline-formula><mml:math id="M295"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>A</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> can be used to break the equation into two pseudo-triangular equations <inline-formula><mml:math id="M296"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>U</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0002A;<sub><italic>N</italic></sub> <inline-formula><mml:math id="M297"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0003D; <inline-formula><mml:math id="M298"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M299"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>L</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. These two equations can be solved using forward and backward substitution algorithms proposed in Liang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. When <inline-formula><mml:math id="M300"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>B</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is an identity tensor, this method can also be used for finding the inverse of a tensor. More details on computing LU decomposition and the required conditions for its existence can be found in Liang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>].</p>
<p>Note that all these tensor decompositions represent a given tensor in terms of a contracted product between factor tensors. Hence, they all can be represented using tensor network diagrams. For example, we show the TN diagram corresponding to tensor SVD in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref>. A detailed TN representation of several other tensor decompositions such as Tucker, PARAFAC, and Tensor Train Decomposition is also presented in Cichocki [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>].</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>TN representation of tensor SVD from <xref ref-type="disp-formula" rid="E36">Equation (35)</xref>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1259836-g0006.tif"/>
</fig>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Multi-linear tensor systems</title>
<p>Using the tools presented so far, we will now present the notions of multi-linear system theory using tensors.</p>
<sec>
<title>5.1 Discrete time multi-linear tensor systems</title>
<p>A discrete time multi-linear tensor system is characterized by an order <italic>N</italic> &#x0002B; <italic>M</italic> system tensor <inline-formula><mml:math id="M301"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> which produces an order <italic>M</italic> output tensor sequence <inline-formula><mml:math id="M302"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> from an input tensor sequence <inline-formula><mml:math id="M303"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> through a discrete contracted convolution as defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="E29">Equation (28)</xref>. The system tensor can be seen as an impulse response tensor whose (<italic>j</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>j</italic><sub><italic>M</italic></sub>, <italic>i</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>N</italic></sub>)th entry is the impulse response from the (<italic>i</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>N</italic></sub>)th input to the (<italic>j</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>j</italic><sub><italic>M</italic></sub>)th output.</p>
<p>A system tensor is considered <italic>p</italic>&#x02212;stable if corresponding to every input of finite <italic>p</italic>&#x02212;norm, the system produces an output which is also finite <italic>p</italic>&#x02212;norm. When <italic>p</italic> &#x02192; &#x0221E;, this notion is known as Bounded Input Bounded Output (BIBO) stability. The &#x0221E;&#x02212;norm of a signal tensor <inline-formula><mml:math id="M304"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is essentially its peak amplitude evaluated over all the tensor components and all times, i.e.,</p>
<disp-formula id="E53"><label>(52)</label><mml:math id="M305"><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>sup</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>sup</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>max</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>....</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Theorem 3. For a discrete multi-linear time invariant system with order <italic>N</italic> input and order <italic>M</italic> output with an order <italic>N</italic> &#x0002B; <italic>M</italic> impulse response system tensor <inline-formula><mml:math id="M306"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, is BIBO stable if and only if</p>
<disp-formula id="E54"><label>(53)</label><mml:math id="M307"><mml:mrow><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>max</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mo>&#x02223;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p><italic>Proof</italic>. If the input signal tensor <inline-formula><mml:math id="M308"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>[<italic>k</italic>] satisfies &#x02225;<inline-formula><mml:math id="M309"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>&#x02225;<sub>&#x0221E;</sub> &#x0003C; &#x0221E;, then output is given via discrete contracted convolution as</p>
<disp-formula id="E55"><label>(54)</label><mml:math id="M310"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:munder><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and thus,</p>
<disp-formula id="E56"><label>(55)</label><mml:math id="M311"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>max</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>max</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02223;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E57"><label>(56)</label><mml:math id="M312"><mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>max</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x02223;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E58"><label>(57)</label><mml:math id="M313"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>max</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>sup</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi></mml:munder><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02223;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>max</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:munder><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x02223;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Hence we get,</p>
<disp-formula id="E59"><label>(58)</label><mml:math id="M314"><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>sup</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>sup</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>max</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>....</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02223;</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E60"><label>(59)</label><mml:math id="M315"><mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>max</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munder><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:munder><mml:mo>&#x02223;</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>which proves that output is bounded if (<xref ref-type="disp-formula" rid="E54">53</xref>) is satisfied. To prove the converse of the theorem, it suffices to show any example where if (<xref ref-type="disp-formula" rid="E54">53</xref>) is not satisfied, there exists a bounded input which leads to an unbounded output. For this, we can simply consider the case where input and output are scalars which is a special case of the tensor formulation. <xref ref-type="disp-formula" rid="E54">Equation (53)</xref> in that case translates to BIBO condition for SISO LTI system, i.e., <inline-formula><mml:math id="M316"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Hence, it can be readily verified that a signum input defined as <italic>x</italic>[<italic>n</italic>] &#x0003D; <italic>sgn</italic>(<italic>h</italic>[&#x02212;<italic>n</italic>]) which is bounded will lead to an unbounded output if the impulse response sequence is not absolutely summable [<xref ref-type="bibr" rid="B45">45</xref>].</p>
<p>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x02610;</p>
<p>The BIBO stability condition for a MIMO LTI system requires that every element of the impulse response matrix must be absolutely summable. The condition from <xref ref-type="disp-formula" rid="E54">Equation (53)</xref> can be seen as an extension to the tensor case, where every element of the impulse response tensor must be absolutely summable. Furthermore, we extend the definitions of poles and zeros from matrix-based systems to tensors. A matrix transfer function <inline-formula><mml:math id="M317"><mml:mrow><mml:mover><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a pole at frequency &#x003BD; if some entry of <inline-formula><mml:math id="M318"><mml:mrow><mml:mover><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a pole at <italic>z</italic> &#x0003D; <italic>&#x003BD;</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>]. In addition, <inline-formula><mml:math id="M319"><mml:mrow><mml:mover><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a zero at frequency <italic>&#x003B3;</italic> if the rank of <inline-formula><mml:math id="M320"><mml:mrow><mml:mover><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> drops at <italic>z</italic> &#x0003D; <italic>&#x003B3;</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="B46">46</xref>]. Similarly, a tensor transfer function <inline-formula><mml:math id="M321"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a pole at frequency <italic>&#x003BD;</italic> if some entry of <inline-formula><mml:math id="M322"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a pole at <italic>z</italic> &#x0003D; <italic>&#x003BD;</italic>. In addition, <inline-formula><mml:math id="M323"><mml:mrow><mml:mover><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a zero at frequency <italic>&#x003B3;</italic> if the rank of <inline-formula><mml:math id="M324"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>J</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>I</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mo>&#x002D8;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>z</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> drops at <italic>z</italic> &#x0003D; <italic>&#x003B3;</italic>. Such a rank is also sometimes referred to as the unfolding rank of the tensor [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>].</p>
<p>A tensor system is BIBO stable if all its components are BIBO stable. This implies that every pole of every entry of its transfer function has a magnitude less than 1, i.e., all the poles lie within the unit circle on the z-plane.</p></sec>
<sec>
<title>5.2 Continuous time multi-linear tensor systems</title>
<p>A continuous time multi-linear tensor system is characterized by an order <italic>N</italic> &#x0002B; <italic>M</italic> system tensor <inline-formula><mml:math id="M325"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> which produces an order <italic>M</italic> output tensor signal <inline-formula><mml:math id="M326"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> from an input tensor signal <inline-formula><mml:math id="M327"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> through a contracted convolution as defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="E34">Equation (33)</xref>. The system tensor can be seen as an impulse response tensor whose (<italic>j</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>j</italic><sub><italic>M</italic></sub>, <italic>i</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>N</italic></sub>)th entry is the impulse response from the (<italic>i</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>i</italic><sub><italic>N</italic></sub>)th input to the (<italic>j</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>j</italic><sub><italic>M</italic></sub>)th output.</p>
<p>Similar to the discrete case, a continuous system tensor is considered <italic>p</italic>&#x02212;stable if corresponding to every input of finite <italic>p</italic>&#x02212;norm, the system produces an output which is also finite <italic>p</italic>&#x02212;norm. This notion is known as Bounded Input Bounded Output (BIBO) stability if <italic>p</italic> &#x0003D; &#x0221E;. The &#x0221E;&#x02212;norm of a continuous signal tensor <inline-formula><mml:math id="M328"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> is essentially its peak amplitude evaluated over all the tensor components and all times, i.e.,</p>
<disp-formula id="E61"><label>(60)</label><mml:math id="M329"><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>sup</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:munder><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>sup</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:munder><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>max</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>....</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Theorem 4. For a continuous multi-linear time invariant system with order <italic>N</italic> input and order <italic>M</italic> output with an order <italic>M</italic> &#x0002B; <italic>N</italic> impulse response system tensor <inline-formula><mml:math id="M330"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, is BIBO stable if and only if</p>
<disp-formula id="E62"><label>(61)</label><mml:math id="M331"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo class="qopname">&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02223;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The condition from <xref ref-type="disp-formula" rid="E62">Equation (61)</xref> implies that every element of the impulse response tensor must be absolutely integrable. The proof of Theorem 4 follows the same line of proof as of Theorem 3. Furthermore, a continuous system tensor with transfer function <inline-formula><mml:math id="M332"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is BIBO stable if all its components are BIBO stable. This implies that every pole of every entry of its transfer function has a real part less than 0.</p>
</sec>
<sec>
<title>5.3 Applications of multi-linear tensor systems</title>
<p>A tensor multi-linear (TML) system can be used to model and represent processes where two tensor signals are coupled through a multi-linear functional. Among various other applications, the use of tensors is ubiquitous in modern communication systems where the signals and systems involved have an inherent multi-domain structure. The physical layer model of modern communication systems invariably spans more than one domain of transmission and reception such as space, time, and frequency to name a few. Consequently, the associated signal processing at the transmitter and receiver has to be cognizant of the multiple domains and their mutual effect on each other for efficient resource utilization. Hence, the signals and the systems involved are best represented using tensors.</p>
<sec>
<title>5.3.1 System model for multi-domain communication systems</title>
<p>The domains of transmission and reception in modern communication systems depend on specific system configuration. A few examples of possible domains include time slots, sub-carriers, antennas, code sequences, propagation delays, and users. Thus, a generic communication system model which is agnostic to the physical interpretation of the domains, using contracted convolution, was proposed in Venugopal and Leib [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. Furthermore, a discrete version of the model from Venugopal and Leib [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] using the Einstein product has been proposed in Pandey and Leib [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>] where the capacity analysis of higher-order tensor channels is presented.</p>
<p>Consider a multi-domain communication system where the input signal is an order <italic>N</italic> tensor <inline-formula><mml:math id="M333"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which passes through an order <italic>M</italic> &#x0002B; <italic>N</italic> multi-linear channel, <inline-formula><mml:math id="M334"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. The received signal, or the channel output, in this case can be defined as an order <italic>M</italic> tensor obtained from the contracted convolution between the channel and the input as Venugopal and Leib [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]:</p>
<disp-formula id="E63"><label>(62)</label><mml:math id="M335"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02022;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>N</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M336"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>N</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the additive noise tensor of the same size as <inline-formula><mml:math id="M337"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>). Based on the relation between time and frequency domain as discussed in Section 2.4, the frequency domain system model can be specified using the Einstein product as</p>
<disp-formula id="E64"><label>(63)</label><mml:math id="M338"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi mathvariant='script'>Y</mml:mi><mml:mo stretchy='true'>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mo stretchy='true'>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi mathvariant='script'>X</mml:mi><mml:mo stretchy='true'>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi mathvariant='script'>N</mml:mi><mml:mo stretchy='true'>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Note that such a system model is domain-agnostic and can be used to model several systems. For more illustrative examples, we direct readers to [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] which shows that several systems such as Multi-Input Mulitple-Output (MIMO) Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), Generalized Frequency Division Multiplexing (GFDM), and Frequency Bank Multi-carrier (FBMC) can be modeled using <xref ref-type="disp-formula" rid="E63">Equation (62)</xref>. A more detailed discussion on the multi-domain communication system modeling can also be found in Pandey et al.[<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] and Pandey and Leib [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>]. In this study, we present an example of MIMO Code Division Multiple Access (CDMA) system in Section 5.3.3 modeled using tensor contraction. However, first we show the TN representation of higher-order channels in the next section.</p></sec>
<sec>
<title>5.3.2 TN representation of TML systems</title>
<p>The channel is expressed as a TML system, and its coupling with the input in both frequency and time domain can be represented in a TN diagram as shown in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref>. Note that each edge of the input is connected with the common edge of the channel via a dashed line in the time domain and via a solid line in the frequency domain. Instead of a regular block diagram representation of such systems, the TN diagram has the advantage that it graphically details all the modes of the input and the channel. Thus, just by looking at the free edges of the overall TN diagram, one can determine the modes of the output. The linearity of the system is reflected in the fact that any given edge of the channel is connected with a single edge of the input. Thus, a TML system is easy to identify visually in a TN diagram by observing the presence of one-on-one edge connections between the system and the input.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p>TN representation of TML system in time and frequency domain.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1259836-g0007.tif"/>
</fig>
<p>Note that in a communication system, the input signal is often precoded before transmission by a transmit filter and the output signal is processed via a receive filter. The transmit and receiver filters can also be considered system tensors. Thus, the TML channel <inline-formula><mml:math id="M339"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>) can be seen as a cascade of three system tensors. Let the transmit filter be represented by <inline-formula><mml:math id="M340"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> which transforms the order <italic>N</italic> input into an order <italic>Q</italic> transmit signal. The physical channel between the source and destination is modeled as an order <italic>P</italic> &#x0002B; <italic>Q</italic> tensor <inline-formula><mml:math id="M341"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, and the receive filter is represented by <inline-formula><mml:math id="M342"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>. In this case, the equivalent channel <inline-formula><mml:math id="M343"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>) is obtained via a cascade of the three system tensors as</p>
<disp-formula id="E65"><label>(64)</label><mml:math id="M344"><mml:mrow><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mi>R</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02022;</mml:mo><mml:mi>P</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mo>&#x02022;</mml:mo><mml:mi>Q</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>A detailed derivation of such a channel representation can be found in Venugopal and Leib [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]. A cascade of TML systems is conveniently represented in a TN diagram as shown in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref> which illustrates the coupling of the receive filter, physical channel, and transmit filter system tensors in both time and frequency domains. Hence, the nodes for <inline-formula><mml:math id="M345"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>(<italic>t</italic>) and <inline-formula><mml:math id="M346"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="F7">Figure 7</xref> can be broken down into component system tensors from <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure 8</xref>. A tensor system has multiple modes, and the contraction can be along various combinations of such modes. Hence, the TN representation becomes extremely useful as opposed to regular block diagrams, since it allows depiction of the state and coupling of each mode.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>Figure 8</label>
<caption><p>TN representation of equivalent multi-linear channel in time and frequency domain.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1259836-g0008.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>5.3.3 Example of Tensor Contraction for MIMO CDMA systems</title>
<p>Code Division Multiple Access (CDMA) is a spread spectrum technique used in communication systems where multiple transmitting users can send information simultaneously over a single communication channel, thereby enabling multiple access. Each user employs the entire bandwidth along with a distinct pseudo-random spreading code to transmit information which is used to distinguish the users at the receiver. More details on CDMA can be found in Proakis and Salehi [<xref ref-type="bibr" rid="B47">47</xref>].</p>
<p>Consider an uplink scenario where <italic>K</italic> users are transmitting information to a single base station (BS). Assume a simple additive white Gaussian Noise (AWGN) channel. Each user is assigned a distinct spreading sequence denoted by vector <underline>s</underline><sup>(<italic>k</italic>)</sup> &#x02208; &#x02102;<sup><italic>L</italic></sup> of length <italic>L</italic> which transmits a symbol <italic>x</italic><sup>(<italic>k</italic>)</sup> for user <italic>k</italic>. The received signal at the BS can be written as [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]:</p>
<disp-formula id="E66"><label>(65)</label><mml:math id="M347"><mml:mrow><mml:munder accentunder='true'><mml:mtext>y</mml:mtext><mml:mo stretchy='true'>_</mml:mo></mml:munder><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:munder accentunder='true'><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mo stretchy='true'>_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:munder accentunder='true'><mml:mtext>z</mml:mtext><mml:mo stretchy='true'>_</mml:mo></mml:munder><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <underline>z</underline> &#x02208; &#x02102;<sup><italic>L</italic></sup> represents the noise vector. Now consider the extension of such a system model in the presence of flat fading channel and multiple antennas. Assume <italic>K</italic> users each with <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> transmit antennas are transmitting simultaneously to a BS with <italic>N</italic><sub><italic>R</italic></sub> receive antennas. To allow multiple access, all the transmit antennas of all different users are assigned different spreading sequences of length <italic>L</italic>. Let <underline>s</underline><sup>(<italic>k, i</italic>)</sup> &#x02208; &#x02102;<sup><italic>L</italic></sup> denotes the length <italic>L</italic> spreading vector for the data transmitted by the <italic>i</italic>th antenna of the <italic>k</italic>th user, <italic>x</italic><sup>(<italic>k, i</italic>)</sup>. Transmit symbols are assumed to have zero mean and energy <inline-formula><mml:math id="M348"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='double-struck'><mml:mi>E</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and the transmit vector from each user and each antenna is generated as <italic>x</italic><sup>(<italic>k, i</italic>)</sup><underline>s</underline><sup>(<italic>k, i</italic>)</sup>. The MIMO communication channel between user <italic>k</italic> and the BS is defined as a matrix <inline-formula><mml:math id="M349"><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">H</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> where the random channel matrix has independent and identically distributed (i.i.d.) zero mean circular symmetric complex Gaussian entries with variance 1/<italic>N</italic><sub><italic>R</italic></sub>. The distribution is denoted as <inline-formula><mml:math id="M350"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>CN</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The received signal <inline-formula><mml:math id="M351"><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">Y</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> can be written as [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B49">49</xref>]:</p>
<disp-formula id="E67"><label>(66)</label><mml:math id="M352"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">Y</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">H</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">S</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">Z</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where X<sup>(<italic>k</italic>)</sup> is an <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x000D7; <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> diagonal matrix defined as <inline-formula><mml:math id="M353"><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and S<sup>(<italic>k</italic>)</sup> is an <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x000D7; <italic>L</italic> matrix defined as <inline-formula><mml:math id="M354"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:munder accentunder='true'><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mo stretchy='true'>_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:munder accentunder='true'><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mo stretchy='true'>_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:munder accentunder='true'><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mo stretchy='true'>_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Also Z represents <italic>N</italic><sub><italic>R</italic></sub> &#x000D7; <italic>L</italic> noise matrix with i.i.d. components distributed as <inline-formula><mml:math id="M355"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>CN</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. In [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>], a per-user matched filter receiver is considered for such a system by assuming the interference from other users as noise. It is shown in [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>] that such a receiver underperforms as compared to a multi-user receiver which detects the transmit symbols for all the users together. Hence, several multi-user receivers are presented in Nordio and Taricco [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>] by rewriting the system model from <xref ref-type="disp-formula" rid="E67">Equation (66)</xref> as</p>
<disp-formula id="E68"><label>(67)</label><mml:math id="M356"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">Y</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">H</mml:mtext><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">S</mml:mtext><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">Z</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M357"><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">H</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">H</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">H</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M358"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M359"><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">S</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">S</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Based on this, a multi-user receiver that aims to mitigate the effects of H (spatial interference) and S (multiple access interference) is considered. The received signal is linearly processed in two stages as Y &#x02192; AY &#x02192; AYB, and the transmit signal is decoded as [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]:</p>
<disp-formula id="E69"><label>(68)</label><mml:math id="M360"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mtext>arg&#x000A0;max</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mtext>AYB</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x02003;where&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>The set <inline-formula><mml:math id="M361"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> denotes the set of symbols in the transmit constellation map. Essentially AYB represents an estimated version of matrix <inline-formula><mml:math id="M362"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, whose diagonal elements at index <italic>j</italic> are used to decode the transmitted symbols and map them back to index (<italic>k, i</italic>). The matrices A and B separately aim to mitigate the effects of spatial interference and multiple access interference on the received signal and are defined as</p>
<disp-formula id="E70"><label>(69)</label><mml:math id="M363"><mml:mrow><mml:mtext>A</mml:mtext><mml:mo>&#x0225C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>ZF</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mtext>I</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mtext>H</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>LMMSE</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E71"><label>(70)</label><mml:math id="M364"><mml:mrow><mml:mtext>B</mml:mtext><mml:mo>&#x0225C;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>S</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>SS</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>DECOR</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext>S</mml:mtext><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>SS</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mtext>I</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>LMMSE</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M365"><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext>I</mml:mtext><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an identity matrix of size <italic>K</italic> &#x000B7; <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x000D7; <italic>K</italic> &#x000B7; <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub>. The zero forcing (ZF) receiver ignores the impact of noise and only tries to counter the effect of the channel, while the linear minimum mean square error (LMMSE) receiver tries to reduce the noise while simultaneously aiming to mitigate the effect of channel. The DECOR choice represents a multi-user decorrelator receiver. At high SNR value, i.e., as <italic>N</italic><sub>0</sub>/<italic>E</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x02192; 0, the LMMSE option reduces to ZF and DECOR.</p>
<p>Such a receiver based on jointly processing all the users gives better performance than a per-user receiver [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]. However, it still has a drawback in that it tries to combat spatial interference and multiple access interference separately in two stages. Moreover, while the input in <xref ref-type="disp-formula" rid="E68">Equation (67)</xref> is represented as a matrix <inline-formula><mml:math id="M366"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, only its diagonal contains the transmit elements which is formed from the concatenation of various <italic>x</italic><sup>(<italic>k, i</italic>)</sup>. Thus, such a system model does not fully exploit the multi-linearity of the system and tries to force a linear structure by manipulating the entities involved in order to fit the vector-based well-known LMMSE, ZF, or DECOR solutions. In fact, the tensor framework can be ideally used to represent such a system model while keeping the natural structure of the system intact and developing a tensor multi-linear (TML) receiver.</p>
<p>Since the input symbol <italic>x</italic><sup>(<italic>k, i</italic>)</sup> is indexed by two indices <italic>k</italic> and <italic>i</italic>, it is natural to represent the input as a matrix X of size <italic>K</italic> &#x000D7; <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> with elements <inline-formula><mml:math id="M367"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Furthermore, the input signal is transmitted as a vector <underline>x</underline><sup>(<italic>k, i</italic>)</sup> of length <italic>L</italic> corresponding to each user index <italic>k</italic> and antenna index <italic>i</italic>. Hence, the transmitted signal through the channel can be represented as a third-order tensor <inline-formula><mml:math id="M368"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> of size <italic>K</italic> &#x000D7; <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x000D7; <italic>L</italic> where <inline-formula><mml:math id="M369"><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:munder accentunder='true'><mml:mtext>x</mml:mtext><mml:mo stretchy='true'>_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. To generate <inline-formula><mml:math id="M370"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> from X, we define the spreading sequences as an order-5 tensor <inline-formula><mml:math id="M371"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>S</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> with elements <inline-formula><mml:math id="M372"><mml:mrow><mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>S</mml:mi></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02032;</mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:munder accentunder='true'><mml:mtext>s</mml:mtext><mml:mo stretchy='true'>_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> when <italic>k</italic> &#x0003D; <italic>k</italic>&#x02032;, <italic>i</italic> &#x0003D; <italic>i</italic>&#x02032;, for all <italic>l</italic>, and 0 elsewhere. Then, we have <inline-formula><mml:math id="M373"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>X</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> &#x0003D; <inline-formula><mml:math id="M374"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>S</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>&#x0002A;<sub>2</sub>X. Note that here we assume that the elements of X are mapped one to one with a spreading sequence; hence, the entries of <inline-formula><mml:math id="M375"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>S</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> corresponding to <italic>k</italic> &#x02260; <italic>k</italic>&#x02032;, <italic>i</italic> &#x02260; <italic>i</italic>&#x02032; are zero. In certain applications, a linear combination of the input symbols might be transmitted, in which case the structure of <inline-formula><mml:math id="M376"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>S</mml:mi></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> which represents a transmit filtering operation will change accordingly. The channel matrices H<sup>(<italic>k</italic>)</sup> corresponding to each user can be represented as a slice in a third-order tensor <inline-formula><mml:math id="M377"><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math id="M378"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">H</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>. Thus, the system model can be given as</p>
<disp-formula id="E72"><label>(71)</label><mml:math id="M379"><mml:mrow><mml:mtext>Y</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:munder><mml:mrow><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>S</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo stretchy='true'>&#x0FE38;</mml:mo></mml:munder><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mo stretchy='true'>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:munder><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>X</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>Z</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M380"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> represents the equivalent fourth-order TML channel between the order two input X and order two output Y.</p>
<p>Note the advantage of modeling the system model through (<xref ref-type="disp-formula" rid="E72">71</xref>) is that all the associated entities retain their natural structure, and a joint TML receiver can be designed to combat the effect of all the interferences of all the users simultaneously. A multi-linear minimum mean square error receiver that acts across all the domains simultaneously can be represented through a tensor <inline-formula><mml:math id="M381"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>R</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02102;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> which produces an estimate of the input X by acting upon the received tensor Y as <inline-formula><mml:math id="M382"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>R</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">Y</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula>. Thus, each element of the estimated input at the receiver is a linear combination of all the elements of Y, where the coefficients of the linear combinations are encapsulated in <inline-formula><mml:math id="M383"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>R</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. An optimal choice of <inline-formula><mml:math id="M384"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>R</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> which minimizes the mean square error between X and <inline-formula><mml:math id="M385"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, defined as <inline-formula><mml:math id="M386"><mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, is given as [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]:</p>
<disp-formula id="E73"><label>(72)</label><mml:math id="M387"><mml:mrow><mml:mi>&#x0211B;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mo stretchy='true'>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mo stretchy='true'>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:msub><mml:mo>*</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x0210B;</mml:mi><mml:mo stretchy='true'>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x02110;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M388"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>I</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an identity tensor of size <italic>K</italic> &#x000D7; <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x000D7; <italic>K</italic> &#x000D7; <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub>. The estimated symbol <inline-formula><mml:math id="M389"><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> can be used to detect the transmit symbols as</p>
<disp-formula id="E74"><label>(73)</label><mml:math id="M390"><mml:mrow><mml:msup><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0005E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder><mml:mrow><mml:mtext>arg&#x000A0;max</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>D</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mtext>X</mml:mtext><mml:mo stretchy='true'>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:msup><mml:mo>&#x0007C;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>We will refer to such a receiver as a TML MMSE receiver. Since a TML MMSE receiver jointly acts upon symbols across all domains, it aids in detecting the transmit symbol by exploiting the multi-domain interference terms. Through simulation results, we compare the performance of TML MMSE receiver with <xref ref-type="disp-formula" rid="E69">Equation (68)</xref>. In <xref ref-type="disp-formula" rid="E69">Equation (68)</xref>, we assume A to be the LMMSE matrix from <xref ref-type="disp-formula" rid="E70">Equation (69)</xref>, and for B, we simulate both the DECOR and LMMSE matrices from <xref ref-type="disp-formula" rid="E71">Equation (70)</xref>. Hence, we simulate LMMSE-DECOR and LMMSE-LMMSE cases from [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>]. We will refer to the former as LMMSE1 and the latter as LMMSE2 for our discussion going forward. The simulation parameters used are the same as in Nordio and Taricco [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>] where entries of H<sup>(<italic>k</italic>)</sup> are i.i.d. which are <inline-formula><mml:math id="M391"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>CN</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. It is assumed that the channel realizations are known at the receiver. We assume uncoded transmission with 4QAM modulation where symbols are normalized to have unit energy, i.e., <italic>E</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x0003D; 1. The spreading sequences are generated with i.i.d. symbols equiprobable over the set {&#x000B1;<italic>L</italic><sup>&#x02212;1/2</sup>, &#x000B1;<italic>jL</italic><sup>&#x02212;1/2</sup>}. We use bit error rate (BER) and normalized mean square error (NMSE) as performance measures. All the results are plotted against <italic>E</italic><sub><italic>b</italic></sub>/<italic>N</italic><sub>0</sub> in dB where <italic>E</italic><sub><italic>b</italic></sub> is the energy per bit defined as <italic>E</italic><sub><italic>s</italic></sub>/2. Thus, <italic>E</italic><sub><italic>b</italic></sub>/<italic>N</italic><sub>0</sub> represents the received SNR per bit. We perform Monte Carlo simulations where the results are averaged over 100 different channel realizations, and at least 100-bit errors were collected for each SNR to calculate BER. The mean square error is normalized with respect to the number of elements in X and is thus defined as <inline-formula><mml:math id="M392"><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">NMSE</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">X</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>/</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000B7;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. To compare the performance difference between TML MMSE, LMMSE1, and LMMSE2 against SNR, we plot the BER and NMSE for the three receivers in <xref ref-type="fig" rid="F9">Figures 9</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F10">10</xref>, respectively. We take <italic>L</italic> &#x0003D; 32, <italic>K</italic> &#x0003D; 4, <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; 4, <italic>N</italic><sub><italic>R</italic></sub> &#x0003D; 32. It can be clearly seen in both the figures that the BER and the NMSE decrease as SNR increases. In particular, the TML MMSE leads to a much lower BER and NMSE compared to the other two receivers as it exploits the multi-linearity of the equivalent channel to jointly combat interference across all the domains. Within LMMSE1 and LMMSE2, it can be observed that LMMSE2 performs better as the choice of DECOR for B from <xref ref-type="disp-formula" rid="E71">Equation (70)</xref> is sub-optimal as compared to LMMSE.</p>
<fig id="F9" position="float">
<label>Figure 9</label>
<caption><p>BER performance for different receivers against SNR for <italic>L</italic> &#x0003D; 32, <italic>K</italic> &#x0003D; 4, <italic>N</italic><sub><italic>R</italic></sub> &#x0003D; 32, and <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; 4.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1259836-g0009.tif"/>
</fig>
<fig id="F10" position="float">
<label>Figure 10</label>
<caption><p>Normalized MSE for different receivers against SNR for <italic>L</italic> &#x0003D; 32, <italic>K</italic> &#x0003D; 4, <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; 32, and <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; 4.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1259836-g0010.tif"/>
</fig>
<p>Furthermore, the advantage of TML MMSE can be clearly seen when BER and NMSE are observed for a fixed SNR per bit and a variable number of users. Consider <italic>L</italic> &#x0003D; 64, <italic>N</italic><sub><italic>R</italic></sub> &#x0003D; 64, <italic>N</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; 2 and number of users <italic>K</italic> is variable. <xref ref-type="fig" rid="F11">Figures 11</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F12">12</xref> present BER and NMSE performance against <italic>K</italic> for two fixed values of SNR per bit. The solid lines correspond to a 5dB SNR per bit, and dashed lines correspond to an 8dB SNR per bit. It can be clearly seen that for a fixed SNR per bit, the BER and NMSE curves for TML MMSE case remain almost flat as the number of users increases. On the other hand, the performance of LMMSE1 and LMMSE2 significantly degrades with an increase in the number of users. As the number of users increases, the interference across domains also increases which is only efficiently utilized in the TML MMSE receiver.</p>
<fig id="F11" position="float">
<label>Figure 11</label>
<caption><p>BER performance for different receivers against number of users.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1259836-g0011.tif"/>
</fig>
<fig id="F12" position="float">
<label>Figure 12</label>
<caption><p>Normalized MSE for different receivers against number of users.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1259836-g0012.tif"/>
</fig>
<p>Note that <xref ref-type="disp-formula" rid="E72">Equation (71)</xref> can be re-written as a system of linear equations by using vectorization of the input, output, and noise, and considering the channel as a concatenated matrix <inline-formula><mml:math id="M393"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant='script'><mml:mi>H</mml:mi></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mo>&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Subsequently, a joint receiver can also be designed using the transformed matrix channel, as presented in Nordio and Taricco [<xref ref-type="bibr" rid="B48">48</xref>], which is conceptually equivalent to the TML MMSE approach presented in this study. However, the concatenation of various domains obscures the different domain representations (indices) in the system. Such an approach makes it difficult to incorporate domain-specific constraints at the transceiver. For instance, a common transmit constraint is the power budget which in most practical cases would be different for different users. Thus, designing a transmission scheme with per-user power constraints becomes important and can be achieved using the tensor framework as it maintains the identifiability of domains. Such a consideration has been presented in Pandey et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] and Pandey and Leib [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>].</p></sec>
<sec>
<title>5.3.4 Other examples</title>
<p>In Venugopal and Leib [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>], several multi-domain communication systems such as MIMO OFDM, GFDM, and FBMC are represented using the tensor contracted convolution and contracted product. In addition, Venugopal and Leib [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] develops tensor-based receiver equalization methods which are used to combat interference in communication systems using the notion of tensor inversion. A tensor-based receiver and precoder are presented in Pandey and Leib [<xref ref-type="bibr" rid="B50">50</xref>] for a MIMO GFDM system where the channel is represented as a sixth-order tensor. The tensor EVD presented in this study is used to design transmit coding operations and perform an information theoretic analysis of the tensor channel [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>] leading to the notion of multi-domain water filling power allocation method. In addition, the discrete multi-linear contracted convolution is used to design tensor partial response signaling (TPRS) systems to shape the spectrum and cross-spectrum of transmit signals [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>]. The tensor inversion method can also be used to develop estimation techniques for various signal processing applications such as in big data or wireless communications as shown in Pandey and Leib [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]. Another example of the use of tensor Einstein product is for image restoration and reconstruction applications where the objective is to retrieve an image affected by noise, a focal-field distribution, and aperture function [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. The image data are stored as a three-dimensional tensor, and an order-6 tensor acts as a channel obtained from the point spread function [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>], such that output is given using the Einstein product between the input and channel. Another area where the Einstein product properties have been used is the multi-linear dynamical system theory [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]. In Chen et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>], a generalized multi-linear time invariant system theory is developed using the Einstein product which can be applied to dynamical systems such as the human genome, social networks, and cognitive sciences. The notion of tensor eigenvalue decomposition presented in this study is used in Chen et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] to derive conditions for stability, reachability, and observability for dynamical systems. The Einstein product has this distinct advantage that it lets us develop tensor algebra notions similar to linear algebra at the same time without disturbing or reshaping the structure of tensors. In addition, the more general tensor contracted product and contracted convolution can be used to model multi-domain systems with any mode ordering as well.</p></sec>
<sec>
<title>5.3.5 Discussion</title>
<p>The tensor algebra concepts presented in this study provide a structured, intuitive, and mathematically sound framework to characterize and analyze multi-linear systems. Traditionally, matrix-based methods have been used for this purpose by ignoring the signal variability across multiple domains and thereby converting the inherently higher-domain signals and systems into a single concatenated domain with no physical interpretation. Such obfuscated representations are heavily motivated by the ease of employing well-known tools from linear algebra. Several software packages and tools still employ matrix numerical methods for computation. Moreover, since matrix algebra is a standard topic in most engineering programs, engineers are better equipped to handle vectors and matrices than tensors. One primary objective of this study is to provide an easy transition from matrix algebra to tensor algebra for engineering students and researchers. With a proper understanding of the tools from multi-linear algebra, it is straightforward to see the inherent advantages in the tensor formalism. The tensor framework retains the natural structure of the signals and systems involved, thereby capturing the mutual effect of various domains in the system model. The proposed solutions developed with such a framework remain domain-aware and are interpretable.</p>
<p>In addition, sometimes matrix-based representations are offered as a low-complexity solution to tensor-based methods. For instance, in a multi-carrier communication system, a per-subcarrier receive processing using matrix methods is much more computationally efficient as opposed to a tensor-based receiver acting jointly across all users. However, it should be noted that a matrix-based method in itself would not reduce the computational complexity unless some additional assumptions on inter-domain interferences are assumed. For instance, a per-subcarrier receiver assumes zero inter-carrier interference. Without such an assumption, even the degenerate matrix-based formulation of the problem would lead to a large matrix-based model with similar complexity as the equivalent tensor model but with additional loss of distinction between domains. The tensor method provides a structured manner to incorporate all the inter-domain interferences in the system design without resorting to any restructuring. Moreover, the restructuring of data may not be possible in certain applications. With growing big data and IoT applications, even large vector-based data are often stored using tensorization for reducing its storage complexity [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>] through tensor train decompositions. Thus, the tensor structure plays a crucial role, and all the mathematical operations for data analysis are expected to be performed while keeping the structure intact. This could be done by resorting to tools from tensor algebra as discussed in this study.</p></sec></sec></sec>
<sec id="s6">
<title>6 Summary and concluding remarks</title>
<p>This study presented a review of tensor algebra concepts developed using the contracted product, more specifically the Einstein product, extending the common notions in linear algebra to a multi-linear setting. In particular, the notion of tensor inverse, singular, and eigenvalue decompositions, LU decomposition were discussed. We also studied the tensor network representations of tensor contractions and convolutions. The notions of time invariant discrete and continuous multi-linear systems which can be defined using the contracted convolutions were also presented. We presented an application in a multi-domain communication system where the channel is modeled as a multi-linear system. The multi-linearity of the channel allowed us to develop a receiver that jointly combats interference across all the domains, thereby giving much better BER and MSE performance as compared to linear receivers which act on a specific domain at a time. The tensor algebra notions discussed in this study have extensive applications in various fields such as communications, signals and systems, controls, and image processing, to name a few. In the presence of several other tensor tutorial studies in literature, this study by no means intends to summarize all the multi-linear algebra concepts but provides an introduction to the main concepts from a signals and systems perspective in a tensor setting.</p></sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s7">
<title>Author contributions</title>
<p>DP: Investigation, Methodology, Software, Writing&#x02014;original draft, Writing&#x02014;review &#x00026; editing. AV: Investigation, Methodology, Writing&#x02014;original draft. HL: Conceptualization, Funding acquisition, Investigation, Resources, Supervision, Writing&#x02014;review &#x00026; editing.</p></sec>
</body>
<back>
<sec sec-type="funding-information" id="s8">
<title>Funding</title>
<p>The author(s) declare financial support was received for the research, authorship, and/or publication of this article. This work was supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) for project titled &#x0201C;Tensor modulation for space-time-frequency communication systems&#x0201D; under Grant RGPIN-2016-03647.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="conf1">
<title>Conflict of interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s9">
<title>Publisher&#x00027;s note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kolda</surname> <given-names>TG</given-names></name> <name><surname>Bader</surname> <given-names>BW</given-names></name></person-group>. <article-title>Tensor decompositions and applications</article-title>. <source>SIAM Review</source>. (<year>2009</year>) <volume>51</volume>:<fpage>455</fpage>&#x02013;<lpage>500</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/07070111X</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Comon</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Tensors: a brief introduction</article-title>. <source>IEEE Signal Process Mag</source>. (<year>2014</year>) <volume>31</volume>:<fpage>44</fpage>&#x02013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/MSP.2014.2298533</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tucker</surname> <given-names>LR</given-names></name></person-group>. <article-title>The extension of factor analysis to three-dimensional matrices</article-title>. In:<person-group person-group-type="editor"><name><surname>Gulliksen</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Frederiksen</surname> <given-names>N</given-names></name></person-group>, editors. <source>Contributions to Mathematical Psychology</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Holt, Rinehart and Winston</publisher-name> (<year>1964</year>). p. <fpage>110</fpage>&#x02013;<lpage>27</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Appellof</surname> <given-names>CJ</given-names></name> <name><surname>Davidson</surname> <given-names>ER</given-names></name></person-group>. <article-title>Strategies for analyzing data from video fluorometric monitoring of liquid chromatographic effluents</article-title>. <source>Anal Chem</source>. (<year>1981</year>) <volume>53</volume>:<fpage>2053</fpage>&#x02013;<lpage>6</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/ac00236a025</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bro</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Review on multiway analysis in Chemistry 2000-2005</article-title>. <source>Crit Rev Anal Chem</source>. (<year>2006</year>) <volume>36</volume>:<fpage>279</fpage>&#x02013;<lpage>93</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/10408340600969965</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Li</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Ng</surname> <given-names>MK</given-names></name> <name><surname>Ye</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>MultiComm: finding community structure in multi-dimensional networks</article-title>. <source>IEEE Trans Knowl Data Eng</source>. (<year>2014</year>) <volume>26</volume>:<fpage>929</fpage>&#x02013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TKDE.2013.48</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Papalexakis</surname> <given-names>EE</given-names></name> <name><surname>Faloutsos</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Sidiropoulos</surname> <given-names>ND</given-names></name></person-group>. <article-title>Tensors for data mining and data fusion: Models, applications, and scalable algorithms</article-title>. <source>ACM Trans Intell Syst</source>. (<year>2017</year>) <volume>8</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>44</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/2915921</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Shashua</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Hazan</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Non-negative Tensor Factorization with Applications to Statistics and Computer Vision</article-title>. In: <source>Proceedings of the 22nd International Conference on Machine Learning</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>ACM</publisher-name> (<year>2005</year>). p. <fpage>792</fpage>&#x02013;<lpage>799</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Guerrero</surname> <given-names>JJ</given-names></name> <name><surname>Murillo</surname> <given-names>AC</given-names></name> <name><surname>Sags</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Localization and matching using the planar trifocal tensor with bearing-only data</article-title>. <source>IEEE Transact Robot</source>. (<year>2008</year>) <volume>24</volume>:<fpage>494</fpage>&#x02013;<lpage>501</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TRO.2008.918043</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Latchoumane</surname> <given-names>CFV</given-names></name> <name><surname>Vialatte</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Sol-Casals</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Maurice</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Wimalaratna</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Hudson</surname> <given-names>N</given-names></name></person-group>. <article-title>et al. Multiway array decomposition analysis of EEGs in Alzheimer&#x00027;s disease</article-title>. <source>J Neurosci Methods</source>. (<year>2012</year>) <volume>207</volume>:<fpage>41</fpage>&#x02013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jneumeth.2012.03.005</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sidiropoulos</surname> <given-names>ND</given-names></name> <name><surname>Lathauwer</surname> <given-names>LD</given-names></name> <name><surname>Fu</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Papalexakis</surname> <given-names>EE</given-names></name> <name><surname>Faloutsos</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Tensor decomposition for signal processing and machine learning</article-title>. <source>IEEE Transact Signal Process</source>. (<year>2017</year>) <volume>65</volume>:<fpage>3551</fpage>&#x02013;<lpage>82</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSP.2017.2690524</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cichocki</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Mandic</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>De Lathauwer</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Zhou</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Zhao</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Caiafa</surname> <given-names>C</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Tensor Decompositions for Signal Processing Applications: From two-way to multiway component analysis</article-title>. <source>IEEE Signal Process Mag</source>. (<year>2015</year>) <volume>32</volume>:<fpage>145</fpage>&#x02013;<lpage>63</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/MSP.2013.2297439</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sidiropoulos</surname> <given-names>ND</given-names></name> <name><surname>Bro</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Giannakis</surname> <given-names>GB</given-names></name></person-group>. <article-title>Parallel factor analysis in sensor array processing</article-title>. <source>IEEE Transact Signal Process</source>. (<year>2000</year>) <volume>48</volume>:<fpage>2377</fpage>&#x02013;<lpage>88</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/78.852018</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pandey</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Leib</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>A</surname></name></person-group>. <article-title>Tensor framework for multi-linear complex MMSE estimation</article-title>. <source>IEEE Open J Signal Process</source>. (<year>2021</year>) <volume>2</volume>:<fpage>336</fpage>&#x02013;<lpage>58</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/OJSP.2021.3084541</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Venugopal</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Leib</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>A</surname></name></person-group>. <article-title>Tensor based framework for multi-domain communication systems</article-title>. <source>IEEE Open J Commun Soc</source>. (<year>2020</year>) <volume>1</volume>:<fpage>606</fpage>&#x02013;<lpage>33</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/OJCOMS.2020.2987543</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pandey</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Venugopal</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Leib</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Multi-domain communication systems and networks: a tensor-based approach</article-title>. <source>MDPI Network</source>. (<year>2021</year>) <volume>1</volume>:<fpage>50</fpage>&#x02013;<lpage>74</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/network1020005</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chen</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Surana</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Bloch</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Rajapakse</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <article-title>Multilinear time invariant system theory</article-title>. In: <source>2019 Proceedings of the Conference on Control and its Applications</source>. <publisher-name>Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM)</publisher-name> (<year>2019</year>). p. <fpage>118</fpage>&#x02013;<lpage>125</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chen</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Surana</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Bloch</surname> <given-names>AM</given-names></name> <name><surname>Rajapakse</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <article-title>Multilinear control systems theory</article-title>. <source>SIAM J Control Optim</source>. (<year>2021</year>) <volume>59</volume>:<fpage>749</fpage>&#x02013;<lpage>76</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/19M1262589</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chen</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Ahmad</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Vorobyov</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Porikli</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Tensor decompositions in wireless communications and MIMO radar</article-title>. <source>IEEE J Sel Top Signal Process</source>. (<year>2021</year>) <volume>15</volume>:<fpage>438</fpage>&#x02013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JSTSP.2021.3061937</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kisil</surname> <given-names>I</given-names></name> <name><surname>Calvi</surname> <given-names>GG</given-names></name> <name><surname>Dees</surname> <given-names>BS</given-names></name> <name><surname>Mandic</surname> <given-names>DP</given-names></name></person-group>. <source>Tensor Decompositions and Practical Applications: A Hands-on Tutorial. In: Recent Trends in Learning From Data</source>. <publisher-loc>Cham</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2020</year>). p. <fpage>69</fpage>&#x02013;<lpage>97</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lim</surname> <given-names>LH</given-names></name></person-group>. <article-title>Singular values and Eigenvalues of tensors: A variational approach</article-title>. In: <source>1st IEEE International Workshop on Computational Advances in Multi-Sensor Adaptive Processing</source>. <publisher-loc>Puerto Vallarta</publisher-loc>: <publisher-name>IEEE</publisher-name> (<year>2005</year>). p. <fpage>129</fpage>&#x02013;<lpage>132</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Weiland</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Van Belzen</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Singular Value Decompositions and low rank approximations of tensors</article-title>. <source>IEEE Trans Signal Process</source>. (<year>2010</year>) <volume>58</volume>:<fpage>1171</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSP.2009.2034308</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lathauwer</surname> <given-names>LD</given-names></name> <name><surname>Moor</surname> <given-names>BD</given-names></name> <name><surname>Vandewalle</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>A multilinear singular value decomposition</article-title>. <source>SIAM J Matrix Anal Appl</source>. (<year>2000</year>) <volume>21</volume>:<fpage>1253</fpage>&#x02013;<lpage>78</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/S0895479896305696</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Qi</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>Eigenvalues of a real supersymmetric tensor</article-title>. <source>J Symbolic Comp</source>. (<year>2005</year>) <volume>40</volume>:<fpage>1302</fpage>&#x02013;<lpage>24</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jsc.2005.05.007</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Brazell</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Navasca</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Tamon</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Solving multilinear systems via tensor inversion</article-title>. <source>SIAM J Matrix Analy Appl</source>. (<year>2013</year>) <volume>34</volume>:<fpage>542</fpage>&#x02013;<lpage>70</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/100804577</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cui</surname> <given-names>LB</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Ng</surname> <given-names>MK</given-names></name></person-group>. <article-title>An Eigenvalue problem for even order tensors with its applications</article-title>. <source>Linear Multili Algebra</source>. (<year>2016</year>) <volume>64</volume>:<fpage>602</fpage>&#x02013;<lpage>21</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03081087.2015.1071311</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sun</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Zheng</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Bu</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Wei</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Moore-Penrose inverse of tensors via Einstein product</article-title>. <source>Linear Multili Algebra</source>. (<year>2016</year>) <volume>64</volume>:<fpage>686</fpage>&#x02013;<lpage>98</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03081087.2015.1083933</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>lin Liang</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Zheng</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>juan Zhao</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Tensor inversion and its application to the tensor equations with Einstein product</article-title>. <source>Linear Multili Algebra</source>. (<year>2019</year>) <volume>67</volume>:<fpage>843</fpage>&#x02013;<lpage>70</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03081087.2018.1500993</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huang</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>Numerical subspace algorithms for solving the tensor equations involving Einstein product</article-title>. <source>Num Linear Algebra Appl</source>. (<year>2021</year>) <volume>28</volume>:<fpage>e2351</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/nla.2351</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huang</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Numerical study on Moore-Penrose inverse of tensors via Einstein product</article-title>. <source>Num Algor</source>. (<year>2021</year>) <volume>87</volume>:<fpage>1767</fpage>&#x02013;<lpage>97</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11075-021-01074-0</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huang</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Ma</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>An iterative algorithm to solve the generalized Sylvester tensor equations</article-title>. <source>Linear Multili Algebra</source>. (<year>2018</year>) <volume>2023</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>26</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03081087.2023.2176416</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>QW</given-names></name> <name><surname>Xu</surname> <given-names>X</given-names></name></person-group>. <article-title>Iterative algorithms for solving some tensor equations</article-title>. <source>Linear Multilinear Algebra</source>. (<year>2019</year>) <volume>67</volume>:<fpage>1325</fpage>&#x02013;<lpage>49</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03081087.2018.1452889</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bader</surname> <given-names>BW</given-names></name> <name><surname>Kolda</surname> <given-names>TG</given-names></name></person-group>. <article-title>Algorithm 862: MATLAB tensor classes for fast algorithm prototyping</article-title>. <source>ACM Trans Mathemat Softw</source>. (<year>2006</year>) <volume>32</volume>:<fpage>635</fpage>&#x02013;<lpage>53</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/1186785.1186794</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>De Lathauwer</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Castaing</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Cardoso</surname> <given-names>JF</given-names></name></person-group>. <article-title>Fourth-order cumulant-based blind identification of underdetermined mixtures</article-title>. <source>IEEE Trans Signal Process</source>. (<year>2007</year>) <volume>55</volume>:<fpage>2965</fpage>&#x02013;<lpage>73</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TSP.2007.893943</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pandey</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Leib</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>The tensor multi-linear channel and its Shannon capacity</article-title>. <source>IEEE Access</source>. (<year>2022</year>) <volume>10</volume>:<fpage>34907</fpage>&#x02013;<lpage>44</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/ACCESS.2022.3160187</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pan</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Tensor transpose and its properties</article-title>. <source>arXiv [Preprint]. arXiv</source>:1411.1503. (<year>2014</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://arxiv.org/abs/1411.1503">https://arxiv.org/abs/1411.1503</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pandey</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Leib</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>Tensor multi-linear MMSE estimation using the Einstein product</article-title>. In: <source>Advances in Information and Communication (FICC 2021)</source>. <publisher-loc>Cham</publisher-loc>: <publisher-name>Springer International Publishing</publisher-name> (<year>2021</year>). p. <fpage>47</fpage>&#x02013;<lpage>64</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Panigrahy</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Mishra</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Extension of Moore Penrose inverse of tensor via Einstein product</article-title>. <source>Linear Multilinear Algebra</source>. (<year>2020</year>) <volume>0</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>24</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/03081087.2020.1748848</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Cichocki</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Era of big data processing: A new approach via tensor networks and tensor decompositions</article-title>. <source>arXiv [Preprint]. arXiv:</source>1403.2048. (<year>2014</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://arxiv.org/abs/1403.2048">https://arxiv.org/abs/1403.2048</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhang</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Xia</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Tensor SVD: Statistical and computational limits</article-title>. <source>IEEE Trans Inform Theory</source>. (<year>2018</year>) 11: 7311&#x02013;38. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TIT.2018.2841377</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Qi</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Chen</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Tensor Eigenvalues and their applications</article-title>. <publisher-loc>Cham</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2018</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Luo</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Qi</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Toint</surname> <given-names>PL</given-names></name></person-group>. <article-title>Bernstein concentration inequalities for tensors via Einstein products</article-title>. <source>arXiv [Preprint]. arXiv:</source>1902.03056. (<year>2019</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://arxiv.org/abs/1902.03056">https://arxiv.org/abs/1902.03056</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hu</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Huang</surname> <given-names>ZH</given-names></name> <name><surname>Ling</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Qi</surname> <given-names>L</given-names></name></person-group>. <article-title>On Determinants and Eigenvalue theory of tensors</article-title>. <source>J Symbolic Comp</source>. (<year>2013</year>) <volume>50</volume>:<fpage>508</fpage>&#x02013;<lpage>31</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jsc.2012.10.001</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B44">
<label>44.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Petersen</surname> <given-names>KB</given-names></name> <name><surname>Pedersen</surname> <given-names>MS</given-names></name></person-group>. <source>The Matrix Cookbook</source>. (<year>2012</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www2.compute.dtu.dk/pubdb/pubs/3274-full.html">http://www2.compute.dtu.dk/pubdb/pubs/3274-full.html</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B45">
<label>45.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mitra</surname> <given-names>SK</given-names></name> <name><surname>Kuo</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Digital signal processing: a computer-based approach</article-title>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>McGraw-Hill New York</publisher-name>. (<year>2006</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B46">
<label>46.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dahleh</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Dahleh</surname> <given-names>MA</given-names></name> <name><surname>Verghese</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <source>Chapter 27: Poles and Zeros of MIMO Systems. In: Lecture Notes on Dynamic Systems and Control</source>. <publisher-loc>Cambridge MA</publisher-loc>: <publisher-name>MIT OpenCourseWare</publisher-name> (<year>2011</year>). Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-241j-dynamic-systems-and-control-spring-2011/readings/MIT6_241JS11_chap27.pdf">https://ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-241j-dynamic-systems-and-control-spring-2011/readings/MIT6_241JS11_chap27.pdf</ext-link></citation>
</ref>
<ref id="B47">
<label>47.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Proakis</surname> <given-names>JG</given-names></name> <name><surname>Salehi</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <source>Fundamentals of Communication Systems</source>. <publisher-loc>Bangalore</publisher-loc>: <publisher-name>Pearson Education India.</publisher-name> (<year>2007</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B48">
<label>48.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Nordio</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Taricco</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Linear receivers for the multiple-input multiple-output multiple-access channel</article-title>. <source>IEEE Trans Commun</source>. (<year>2006</year>) <volume>54</volume>:<fpage>1446</fpage>&#x02013;<lpage>56</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/TCOMM.2006.878831</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B49">
<label>49.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Takeuchi</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Tanaka</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Yano</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Asymptotic analysis of general multiuser detectors in MIMO DS-CDMA channels</article-title>. <source>IEEE J Selected Areas Commun</source>. (<year>2008</year>) <volume>26</volume>:<fpage>486</fpage>&#x02013;<lpage>96</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1109/JSAC.2008.080407</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B50">
<label>50.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Pandey</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Leib</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>A tensor based Precoder and Receiver for MIMO GFDM systems</article-title>. In: <source>ICC 2021 - IEEE International Conference on Communications (held virtually between 14-23 June 2021)</source>. <publisher-loc>Montreal, QC</publisher-loc>: <publisher-name>IEEE</publisher-name> (<year>2021</year>). p. 1-6.</citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>