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牛顿法与梯度下降法数学公式推导过程

时间:2019-10-05 15:01:19      阅读:94      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

迭代更新数学公式推导过程

1、牛顿法

首先对于有n个变量的函数的一阶导数为

         技术分享图片

其次对于其二阶导数为:

         技术分享图片

 

 

之后关于目标函数的包含二阶导数的泰勒展开式为:

         技术分享图片

这时将技术分享图片看成技术分享图片的函数,则根据函数的最小值性质,当偏导数等于0时出取得,从而得到技术分享图片技术分享图片,所以技术分享图片根据等式的特点得到,只有两者都取0时才能使等式等于0,所以得:  

    技术分享图片(最小值)

     技术分享图片技术分享图片 技术分享图片 技术分享图片

    技术分享图片技术分享图片

 

     技术分享图片技术分享图片

故牛顿法的迭代公式为:

       技术分享图片

 

 

 

2、梯度下降法

在开始推导之前,来介绍一下一个概念:梯度(当前函数位置的导数),同时它也表示某一函数在该点处的方向导数沿着该方向取得较大值。

       梯度:技术分享图片

 

  之后这里给出一阶泰勒展开式

           技术分享图片

由于技术分享图片都是矢量,则技术分享图片也是矢量,则根据矢量与向量的关系,这时我们可以用一个单位向量V(下一步将要变化的方向)与标量的乘积来表示:技术分享图片,而技术分享图片

 

 便是我们所说的步进长度。这时技术分享图片表达式为:技术分享图片

 

又由我们的目的出发,所以可以我们希望通过这个迭代变化使技术分享图片技术分享图片小,以此达到最小值。所以由公式技术分享图片,当梯度方向技术分享图片技术分享图片成反方向时,能最大程度的朝着局部下降的方向变化,使技术分享图片取得最大值。根据技术分享图片技术分享图片的数学关系,这时可以得出技术分享图片技术分享图片的计算关系:技术分享图片(一般情况,单位向量都是正向的)

    技术分享图片技术分享图片

    技术分享图片(由于是标量,可以把它与步进长度合到一起)

     技术分享图片

故梯度下降法的迭代公式为:

     技术分享图片 

 

牛顿法与梯度下降法数学公式推导过程

原文:https://www.cnblogs.com/Justina/p/11624672.html

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