梯度與方向導數

2022-10-08 17:27:13 字數 666 閱讀 3459

方向導數定義。函式沿著某個方向的導數\(\underset\frac\).

計算方法:先求出對\(x\)方向的偏導數\(f_x\),再求對\(y\)的偏導數\(f_y\). 現在要計算\((a,b)\)方向的方向導數,只需要將\((a,b)\)先歸一化成\((a_0,b_0)\),總體的方向導數就變成了\(a_0f_x+b_0f_y\).

梯度定義。對於乙個函式\(f(x,y)\),其梯度為\(f_x\vec+f_y\vec\).

梯度是函式增加最大的方向(方向導數最大的方向)。現在相當於是求解這樣的乙個優化問題:\(\begin

a_0f_x+b_0f_y\\

s.t. ^2+^2=1\\

\end\). 而\(a_0f_x+b_0f_y\)可以看成是單位向量\((a_0,b_0)\)和向量\((f_x,f_y)\)的內積,所以當\((a_0,b_0)\)取梯度方向時取得最大值,而\(a_0f_x+b_0f_y\)代表函式變化量\(f\left( x\left( t+\delta t \right) ,y\left( t+\delta t \right) \right) -f\left( x\left( t \right) ,y\left( t \right) \right) >0\),所以是函式增加最大的方向。

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