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设函数 f:Rn→Rm,x∈intdomf。如果存在矩阵 Df(x)∈Rm×n,满足
则称函数 f 可微,并称 Df(x) 为 f 在 x 处的导数(或 Jacobian 矩阵)。
我们将 z 的仿射函数
称为 f 在 x 处(或附近)的一次逼近。当 z 接近 x 时,该仿射函数非常接近 f。
Df(x) 可以通过计算偏导数的方式求得:
梯度是一个列向量,它的分量是 f 的偏导数。
设复合函数 h(x)=g(f(x)),则
设仿射函数 g(x)=f(Ax+b),其中 f:Rn→Rm,A∈Rn×p,b∈Rn,则 g:Rp→Rm。当 f 是实函数时(即 m=1),仿射函数 g 的梯度公式为:
INFO
仿射
从 Rn 到 Rm 的映射 x→Ax+b 称为仿射变换。当 m=1 时,称上述仿射变换为仿射函数。若仿射函数的 b=0,则称之为线性函数。
设 f:Rn→Rm,x,v∈Rn。定义函数 f~=f(x+tv)。(粗略地说,f~ 是将 f 限制在直线 {x+tv∣t∈R} 上的函数。)则
并称标量 f~′(0) 为函数 f 在 x 处沿方向 v 的方向导数。
设函数 f:Rn→R,x∈intdomf。那么 f 在 x 处的二阶导数(或 Hessian 矩阵)为
函数 f 在(或接近)x 处以 z 为变量的二次逼近为
设 f:Rn→R,g:R→R,h(x)=g(f(x))。我们有
设 f:Rn→R,A∈Rn×m,b∈Rn,定义 g:Rm→R 为 g(x)=f(Ax+b)。我们有