机器学习之数学基础篇

所需的高等数学基础:

变量;

系数;

函数;

似然函数;似然函数--百度百科

线性方程式:例如 y=b+w1x1+w2x2;

对数和对数方程式,例如 y=ln(1+ez);

S型函数:Sigmoid函数是一个在生物学中常见的S型函数,也称为S型生长曲线。 在信息科学中,由于其单增以及反函数单增等性质,Sigmoid函数常被用作神经网络的阈值函数,将变量映射到0,1之间。

收敛:(函数收敛)收敛-百度百科

导数:(理解几何/代数含义,并能够进行计算)

导数定义如下:

反映的是函数y=f(x)在某一点处沿x轴正方向的变化率。再强调一遍,是函数f(x)在x轴上某一点处沿着x轴正方向的变化率/变化趋势。

偏导数:(理解几何/代数含义并能够进行计算)

由此可以看到,导数与偏导数本质是一致的,都是当自变量的变化量趋于0时,函数值的变化量与自变量变化量比值的极限。直观地说,偏导数也就是函数在某一点上沿坐标轴正方向的的变化率。

区别在于:

 导数:指的是一元函数中,函数y=f(x)在某一点处沿x轴正方向的变化率;

 偏导数:指的是多元函数中,函数y=f(x1,x2,…,xn)在某一点处沿某一坐标轴(x1,x2,…,xn)正方向的变化率。

方向导数:

导数和偏导数的定义中,均是沿坐标轴正方向讨论函数的变化率。那么当我们讨论函数沿任意方向的变化率时,也就引出了方向导数的定义,即:某一点在某一趋近方向上的导数值。

通俗的解释是:

我们不仅要知道函数在坐标轴正方向上的变化率(即偏导数),而且还要设法求得函数在其他特定方向上的变化率。而方向导数就是函数在其他特定方向上的变化率。

梯度:

梯度的提出只为回答一个问题: 函数在变量空间的某一点处,沿着哪一个方向有最大的变化率?

梯度定义如下: 函数在某一点的梯度是这样一个向量,它的方向与取得最大方向导数的方向一致,而它的模为方向导数的最大值。

这里注意三点:

 1)梯度是一个向量,即有方向有大小;

 2)梯度的方向是最大方向导数的方向;

 3)梯度的值是最大方向导数的值。

梯度下降法:

     既然在变量空间的某一点处,函数沿梯度方向具有最大的变化率,那么在优化目标函数的时候,自然是沿着负梯度方向去减小函数值,以此达到我们的优化目标。

 如何沿着负梯度方向减小函数值呢?既然梯度是偏导数的集合,如下:

同时梯度和偏导数都是向量,那么参考向量运算法则,我们在每个变量轴上减小对应变量值即可,梯度下降法可以描述如下:学习率为 a

所需的线性代数知识:

矩阵;矩阵相关知识-维基百科

特征值与特征向量;

转置矩阵;

逆矩阵;

矩阵相乘;

所需的概率和统计信息知识:

条件概率;条件概率-维基百科

均值;

中间值;

离群值;

标准偏差;


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