人工智能新手入门——高数篇(方向导数)

方向导数:

在我们先谈方向导数的时候,我们先了解一个东西,叫向量、

向量:

向量就是一个有大小有方向的线段,我们应该怎么想想他呢,好比说在一个坐标轴中,有一个点坐标是(x,y),把它跟原点链接,再给他加个箭头表示方向,他就是向量了,可以二维可以三维可以多维。

向量的运算:

向量的加减法和数乘:

上面列出了向量部分运算的方法,加减法就很好理解了,基本就是各个对应的坐标的加减,并且符合平行四边形和三角形法则。

数乘就是一个常数与向量里面的坐标点分别相乘得到的一个新向量。

向量的内积和向量积:

北风

数量积就是内积,他就是两个向量的每个元素分别相乘,然后再把乘得的结果相加最后得到的一个常数就是内积;

向量积就是两个向量的元素分别相乘,最终得到的一个新的向量,这个就是向量积。

正交向量:

正交向量就是两个或者几个相互垂直并且相交的向量,垂直的向量点积为零。

方向角与方向余弦:

方向角我们要怎么想象他呢,在图中给出了例子,首先想象一个三维坐标系,然后在这个坐标系中想象一个非0的向量,我们叫他 r ,这个向量与三条坐标轴的夹角就是方向角。

通常我们标记他们为 \alpha, \beta, \gamma ,其中 \alpha 表示的是向量与x轴之间的夹角度数,\beta 表示的是向量与 y 轴的夹角,\gamma 表示的是向量与z轴的夹角,通过这几个角度我们更能清晰的描述出这个向量在坐标轴中的方向。

就这上面的图顺便介绍下单位向量:

单位向量其实就是长度为1的向量,r与各个坐标轴的余弦值的平方,然后相加正好等于1。这时候图中的 e_{r} 就是如r相同方向的单位向量了。

接下来咱们举个栗子:

北风

在图中给了一个向量的坐标,他是个三维向量,首先我们计算他的模长,就是屁股减脑袋(末值减初值),得到向量的对应三个坐标的点,然后加个绝对值,计算出长度。。现在有了长度,这个长度我们就把它当做cos余弦值的斜边,分别用计算得到结果的坐标点比上斜边,我们就可以得到各个夹角的余弦值,再通过余弦值大小逆推出方向角。

方向导数:

接下来就是该篇的核心了,方向导数,顾名思义,他是对一个向量进行求导:

北风

首先简单的说一下什么是方向导数,方向导数就把他想象成一个三元函数的导数,把它想象成一个空间上存在的函数,图中的 l 是与该函数相交的一个方向,接下来点P沿着l方向向P{}'移动。并且存在极限,那么就有上图的公式了,看上去是不是很熟悉,导数是f(x),里面有一个自变量,二元偏导数是f(x,y),三元偏导数是f(x,y,z)。接下来咱们引入一个定理:

在上图中提到了可微,我们就把他理解能可求偏导数就行了。在方向导数这里,我们要求的是在l这个方向上p点的变化率。通过三个坐标轴的角度余弦,直接就可以求出l想象 ρ 点的变化率了。接下来在引进一个例子给大伙看看:

北风
北风

这章结束了,好像介绍的不怎么样,以后慢慢的再来更新吧。

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