一篇文章讲清楚:机器学习所用的数学知识

通过这篇文章我们要知道机器学习中常见的数据表述;知道什么是导数;知道什么是偏导;知道向量和矩阵的简单运算。

一、机器学习中常见的数据表述

标量scalar :一个独立存在的数,只有大小没有方向。就是一个普通常数

向量vector :向量指一列顺序排列的元素。默认是列向量

比如张三的数理化成绩信息:70,80,90

向量有大小和方向

矩阵matrix :二维数组

张量Tensor :数组,张量是基于向量和矩阵的推广

数学中的张量 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟*∈R2**∗3∗**4*数学中的张量 tensor∈R^(2∗3∗4) : 2个3*4矩阵 3个2*4 或4个2*3

二、导数------基本概念

常见函数的导数:

导数的四则运算

复合函数求导:g(h)是外函数 h(x)是内函数。先对外函数求导,再对内函数求导

三、向量和矩阵 -- 向量运算

向量是有大小和方向

向量基运算

向量矩阵转置 Transpose

四、向量和矩阵 -- 范数Norm

范数(norm)是数学中的一种基本概念,具有长度的意义

四、向量和矩阵 -- 矩阵 Matrix

矩阵是数学中的一种基本概念,表达m行n列的数据等

矩阵在机器学习中的表达

矩阵加法和减法

矩阵乘法 :对应行列元素相乘,然后再加和再一起

矩阵转置

矩阵*矩阵的转置

方阵:一种特殊的矩阵,其行数=列数

对称方阵:一种特殊的方阵,沿着主对角线,其元素对称 a**ij= a**ji

单位阵:一种特殊的方阵 符号E 或者 I 主对角线为1,其他为0

矩阵乘法的性质

矩阵的乘法不满足交换律:A×B≠B×A

矩阵的乘法满足结合律。即:A×(B×C)=(A×B)×C

矩阵与单位矩阵相乘等于矩阵本身

矩阵的逆

矩阵转置的性质

五、总结

1.标量、向量、矩阵、张量概念

2.导数****Derivative

•函数上某一个点求切线就是导数。瞬时速度变化率

3导数的求解方法

•常数、指数函数、幂指数、正弦余弦都有自己的导函数,会查表应用

•特别注意复合函数求导:先对外函数求导,在对内函数求导

4****利用导数求极值

•导数为0的位置即为极值点

5****偏导数

•U是关于x、y、z的函数,记为u(x, y, z),只在x分量上求导,则为求偏导。

•各个分量上求偏导,会形成一个向量(*𝜕𝑢𝜕*𝑥∂u/∂x, *𝜕𝑢𝜕*𝑦∂u/∂y, *𝜕𝑢𝜕*𝑧∂u/∂z ),这就组成了导数

6 向量的基本运算

•1范数(L1范数)-向量中各个元素绝对值之和

•2范数(L2范数)-向量的模长,每个元素平方求和,再开平方根

•𝑥**𝑇x^T x 与 x22**是一样的‖x‖_2^2 是一样的

7 矩阵的运算
•1 矩阵数学表示 X*∈∈ RN∗D R^(N∗D )
•2 矩阵加减法:形状相同对应元素加减
•3 矩阵乘法:条件A
∈
∈ R𝑚∗𝑛 ,R^(m∗n ), B∈∈ *R𝑛∗𝑑 R^(n∗d ) è A@B=C ∈∈ *R𝑚*∗𝑑 R^(m∗d )
•4 矩阵的乘法不满足交换律:A×B≠B×A ;矩阵的乘法满足结合律
•5 矩阵与单位矩阵相乘等于矩阵本身
•6 A@B = I单位矩阵 则B为A的逆矩阵,记为:A
−1
A^(-1)
•7 矩阵转置: (𝐴+𝐵)𝑇〖(A+B)〗^T = *𝐴*𝑇A^T + 𝐵**𝑇B^T ,(𝐴B**)𝑇〖(AB)〗^T = *B𝑇A*𝑇B^T A^T

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