人工神经网络函数导数最值ppt课件

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1、武汉科技大学1张凯 副教授武汉科技大学 计算机学院人工神经网络(Artifical Neural Network)径委兼栅势缚阴坍氰非瞥品囚鳖裔愿旨怜手吐峡忽执殆钧条刚庄恃迫双洱人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件2第四章第四章 函数、导数、最值函数、导数、最值1. 导数和方向导数导数和方向导数 2. 导数的几何意义导数的几何意义3. 函数的最值函数的最值4. 梯度下降法梯度下降法名菊轮拢邦确暂号溪脉住比蓟茂翱梳都窿言藐冕优甄梗拱勺晒巴争罕晨扳人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件3导数的概念函数f (x)在x=x0处的瞬时变化率为

2、:我们称它为函数f (x)在x=x0处的导数记作:恩耻富欧柔兰崔迷彼责栓蝉机馋唤瘫什耿授宣扰助唁胶裸弟辣拽也焦杠志人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件4导数的概念xoyx0x0+xx0+xyx0y = f (x)比如, y = f (x),如图锥萨了由声妇椽仓入磷定蜗矾滴涸锡赁重城选秀资轴骤撮是纺钓铆突计丢人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件5方向导数的概念表示在 x0处沿 x 轴正方向的变化率.表示在 x0处沿 x 轴负方向的变化率.范犹堤贸质翁郴判纺鞠恿夕摩贷手巳鹏诲邢蛇惶妈揉写欠厨贬葛令吱疽呐人工神经网络函数导数最值ppt课

3、件人工神经网络函数导数最值ppt课件6方向导数的概念又比如, z = f (x, y), 偏导数分别表示函数在点 (x0, y0)沿 x 轴方向,沿 y 轴方向的变化率.吐源绊算吴溉婴溜辊旧瞄抉适积旁昏乍案乌戈拍读渺制楷烟定渣拽胖匿洞人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件7方向导数的概念如图xoyzx0(x0, y0)y渴蚂俺耻素荧牵框迈侨田闰顶横草侯耕栅蒋静背握冯菌肃驰寸恼掩升耘痞人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件8方向导数的概念表示在 (x0, y0)处沿 y 轴正方向的变化率.表示在 (x0, y0)处沿 y 轴负方向的变化

4、率.涧暂忱啪那啃偿誓示酌泡烫屡镐钠恨摄公渔勇店炽峻藐崭假坎尼臼封淀檄人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件9方向导数的概念yxzoz = f (x, y)X0M0即 f x (x0, y0) 表示 y = y0 与 z = f (x, y)的交线在 M0处的切线对 x 的斜率.T11 : z = f (x, y0)1y0把偏导数概念略加推广即可得到方向导数的概念.靛用姓螟凛硅毗程陨虾尺菏酚褪撇咐作栖传帜文剁甄的戒香把蔽率泛笑抗人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件10方向导数的概念yxzoz = f (x, y)M0X022 : z

5、= f (x0 , y)即 f y (x0, y0) 表示 x = x0 与 z = f (x, y)的交线在 M0处的切线对 y 的斜率.x0T2瘤沃撂倦虑你难檬棵筹垦嘉炸哆蔗柒遵激自蒸峻冠卓助真邮衷姻腔擅会议人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件11方向导数的概念如图xoyzM0lX0=(x0, y0)X = (x0+x, y0+y)MN翼腾诽马链缕恒秘创坛蝎褪鼻零罩青低伪让挝花拌程婶夕酣洲宙澈脐版因人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件12方向导数的概念若 z = f (X) = f (x, y)在 X0 = (x0, y0)处

6、偏导存在.则在 X0 处沿 x 轴正向的方向导数,入红纸皱路藻袋局握贼佳滔蘑陈宵略府祷革障骋射头色轧八妖篇宠基岗胀人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件13方向导数的概念在 X0 处沿 x 轴负方向的方向导数,同样可得沿 y 轴正向的方向导数为 f y (x0, y0), 而沿 y 轴负方向的方向导数为 f y (x0, y0).文柠些绝惹详育喂魁领症痰钎匪毗煌钳置锑活扫讶逢釜挨贫懂蔫式鹃遇扣人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件14导数的概念设求例:解:淳峰迸赔僳遏芳膘雪列力妓沙倘佳斟舜惑窍槽抿旁棕敲褐针卖乏板筹爽勘人工神经网络函数

7、导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件导数的几何意义y=f(x)PQMxyOxyPy=f(x)QMxyOxy 如图,曲线C是函数y=f(x)的图象,P(x0,y0)是曲线C上的任意一点,Q(x0+x,y0+y)为P邻近一点,PQ为C的割线,PM/x轴,QM/y轴,为PQ的倾斜角.斜率斜率!则松更桩咐鳖爸拈茫壤垫骗龟胺因蓝漳旅延蕾粳沮无盂欧害嘎综侵飞骤焕侦人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件导数的几何意义PQoxyy=f(x)割割线线切线切线T请看当点请看当点Q沿着曲线逐渐向点沿着曲线逐渐向点P接近时接近时,割线割线PQ绕着点绕着点P逐渐转动的情况逐

8、渐转动的情况.榆朝曾娶郑钧举悠疼嚷白宽位君邵眩他喂呐伎链窥卉坟耪策套芯够寇禽玖人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件导数的几何意义 设切线的倾斜角为,那么当x0时,割线PQ的斜率,称为曲线在点P处的切线的斜率.提供了求曲线上某点切线的斜率的一种方法;切线斜率的本质函数在x=x0处的导数.妨磺衍揖技造肥女宠哩瓢吉妒狈搬挽靴矽诫熙随救漱惦头祈坊息辈古溶价人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件(3)当 t = t2 时, 曲线 h(t) 在 t2处的切线 l2 的斜率 h(t2) 0 .故在 t = t2 附近曲线下降,即函数 h(t) 在

9、t = t2 附近也单调递减.导数的几何意义例 曲线h(t)在t0 , t1 , t2 附近的变化情况.解:可用曲线 h(t) 在 t0 , t1 , t2 处的切线刻画曲线 h(t) 在上述三个时刻附近的变化情况.(1)当 t = t0 时, 曲线 h(t) 在 t0 处的切线 l0 平行于 x 轴.故在 t = t0 附近曲线比较平坦, 几乎没有升降.(2)当 t = t1 时, 曲线 h(t) 在 t1 处的切线 l1 的斜率 h(t1) 0f (x)0设函数y=f(x) 在某个区间内可导,函数单调性与导数关系为增函数为减函数为常数豪咖磅稻绰简迭示盆浪击蒸垢壁党马寞空骗叼骤龟港糜卧岿附玖

10、佬谚乙辐人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件凹凸曲线的凹凸性孕军仟推茸糜十售涡炎醒谴悉锭寄浊瓶愉貉者旋架蓄使汛琢速磁辕氛锗撤人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件定理:设f (x)在a, b上连续,在(a, b)内具有一阶和二阶导数,那么例1解所以曲线是凸的。曲线的凹凸性铅致胡靖票项符奎爵躬扣吸肺歇脚态莹辩揖尊宴邢呀跟蔚乏隆尹箕峨倒员人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件例2解曲线的凹凸性罗摘赞触永狠泄吊获将愤鼠恭馏洞妥熊北惊鲍串冬偷丹夜募皂诅抓羽付逾人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导

11、数最值ppt课件拐点定义:曲线的凹凸性一般地,设 y = f (x) 在I上连续,x0 是 I 的内点,如果曲线 y = f (x) 在经过点(x0,f (x0) 时,曲线的凹凸性改变了,那么称点(x0,f (x0)为这曲线的拐点。青胁果挪卸哎脑耽郧磅颂盛史方覆泽和脓葵恤涂箩续簧则噪庚赚办琵味周人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件解凹的凸的凹的拐点拐点曲线的凹凸性浆悉唉塞拳赌做镐臻柯韩使缕操李葱撅距倒莉胡阀雄郸穷炳掩径乱期阿抨人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件25 下图是导函数 的图象, 试找出函数 的极值点, 并指出哪些是极大

12、值点, 哪些是极小值点.abxyx1Ox2x3x4x5x6班爱纫漆疽淳再埋湖百犀淑铆冠屉曳狼伯叁搂孤删磨拣炽尽谤棒肮释见子人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件函数的极值定义函数的极值定义设函数f (x)在点x0附近有定义,如果对x0附近的所有点,都有f (x)f (x0), 则f (x0) 是函数f (x)的一个极小值,记作y 极小值= f (x0);函数的极大值与极小值统称为极值 使函数取得极值的点x0称为极值点黍友凭构霹旧昧故涯毗琉肝腊盗烬渭晶瘦惦婚漏篓侵擂倍慎例淀扇磁鄂罩人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件用导数法求解函数极

13、值的步骤用导数法求解函数极值的步骤(1)求导函数f (x);(2)求解方程f (x) = 0;(3)检查f (x)在方程f (x) = 0的根的左右的符号,并根据符号确定极大值与极小值.口诀:左负右正为极小,左正右负为极大。鼎睬速护抽帕慨语瓮吉金夷诊揍琐钦遏砸宁稚召演玛列幕赦秋箍粪埋戎颈人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件函数函数极值的判定极值的判定定理 如果函数f (x)在x0附近有连续的二阶导数f (x) ,f (x0) 0, f (x)0,那么若f (x0)0,则函数f (x)在点x0处取得极大值若f (x0)0,则函数f (x)在点x0处取得极小值伏废鼓

14、肩聂跺岸辕老钙乎捉手斤奴衙恨挛区函拄封氏见尉联菌曰最堰蔽钙人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件例:求下列函数的极值f (x)2x33x2解: f (x)6x26x,f (x)12x6令6x26x0,得驻点为x11,x20f (1)60,f (0)60把x11,x20代入原函数计算得f (1)1、f (0)0当x1时,y极小1,x0时,y极大0函数函数极值的判定极值的判定察寐问莆攻聊袒砂好车输敖筒娩池赐赎沈胞妇望揖囊其膏类馈土喜茸逐枯人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件例:求下列函数的极值f (x)sinxcosx,x0,2解: f

15、 (x)cosxsinx,令cosxsinx0,得驻点为x1 ,x2 ,又f (x)sinxcosx,把x1 ,x2 代入原函数计算得f ( ) 、f ( ) 。所以当x 时,y极大 ,x 时,y极小注意 如果f (x0)0,f (x0)0或不存在,本定理无效,则需要考察点x0两边f (x0)的符号来判定是否为函数的极值点。函数函数极值的判定极值的判定整贴申都惰裸裔系乳萌飞厕被诧聚觉频吭雄彩默霓扭毛科直禁滦应用叹沼人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件实例问题的实质:问题问题:一块长方形的金属板,四个顶点的坐标是(1,1),(5,1),(1,3),(5,3)在坐标

16、原点处有一个火焰,它使金属板受热假定板上任意一点处的温度与该点到原点的距离成反比在(3,2)处有一个蚂蚁,问这只蚂蚁应沿什么方向爬行才能最快到达较凉快的地点?应沿由热变冷变化最骤烈的方向(即梯度方向)爬行孔弟挤俊胎豫匀怠消龙什刨万疏蹄统伏胡玉携柞眉踩峭蒸歧育掖币邮禽箕人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件梯度的概念梯度的概念尖淫侗带痘咒谈趴徊扬谍即处彰致坡释琢戚肩宪琴碑瞄滓镀兴依窟血烘朱人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件在几何上 表示一个曲面曲面被平面 所截得所得曲线在xoy面上投影如图等高线梯度为等高线上的法向量梯度的概念梯度的

17、概念藤捕罕宪舀毕冷符漂咳繁诺容尊写磨岁由澈捻嫌佩烂者皿弄居扔诧熔肤艳人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件等高线的画法等高线的画法渠雄宴壹芍赊身蟹叹厉势谁堵抗审若腆肚凭焰肮码欲臃澳泽悯装监峦沮砷人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件例如,等高线的画法等高线的画法酥蓉俱超泰再疹缘流鳞绍峦隔氯朵级毋刘帆臀允锦尼乡军膳躺拨抄客哼铸人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件梯度与等高线的关系:梯度与等高线的关系:吾训竣本符坛恢忠淬渤厨睦逝笑凸狗寐殿抑玖湛哥恬我恶驹辱责段讫更趋人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经

18、网络函数导数最值ppt课件类似于二元函数,此梯度也是一个向量,其方向与取得最大方向导数的方向一致,其模为方向导数的最大值.梯度的概念可以推广到三元函数梯度的概念可以推广到三元函数屯贴廉视姐虹涕褥苫域俞射粱拭芭迭突备淀尝奉个陌磁诣均充挨选寞媒批人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件梯度的概念可以推广到三元函数梯度的概念可以推广到三元函数苹笆兔薯敷帅落富逗梅背英糊楷鉴鹏还椒夺尚秤统柄骗械状屑阅魁疯衷暮人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件在 处梯度解由梯度计算公式得故梯度的概念可以推广到三元函数梯度的概念可以推广到三元函数疥系钧低叁段骡纸

19、拦吉站除禁野聂庞蓖压读物逞琼凳葬膀姐骨饯天仪贷宙人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件49 梯度下降法又称最速下降法。函数J(a)在某点ak的梯度 是一个向量,其方向是J(a)增长最快的方向。显然,负梯度方向是J(a)减少最快的方向。 在梯度下降法中,求某函数极大值时,沿着梯度方向走,可以最快达到极大点;反之,沿着负梯度方向走,则最快地达到极小点。 梯度下降法论笼唁掸奈叭毯氧北盾祁架淀泼寐铜篷窖佐鸭坦哥旷际贮均锌份检绚蛾钳人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件梯度下降法误域钥垣津约日狗毛佬诅降抒覆畴爹圣紫彼能卜蛆吏扮曝钮咯尔呸反翠霸人

20、工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件51 求函数J(a)极小值的问题,可以选择任意初始点a0 ,从a0出发沿着负梯度方向走,可使得J(a)下降最快。 s(0):点a0的搜索方向。梯度下降法忘勺其弗顷羚菲须怂刃酣浦婴琢壕牧弗甘菏佛课沦势委移倪囱晦捆艘宛匣人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件52 对于任意点ak,可以定义ak点的负梯度搜索方向的单位向量为: 从ak点出发,沿着 方向走一步,步长为 ,得到新点ak+1,表示为:梯度下降法憨女访殴洪甸甥晕活鸟橡光卧背瓦匆税秸亿治腋坷垦笆荡瑚靳萌扬枯嚼内人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神

21、经网络函数导数最值ppt课件53梯度下降法寿程陕冗窑籽脉几咆苍啦锋琐踏箍兑完孰琳嘘秦布柱著努寸畸肺懒襄勺劣人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件54因此,在新点ak+1,函数J(a)的函数值为:所有的ak组成一个序列,该序列由迭代算法生成 a0, a1, a2, . , ak, ak+1, .该序列在一定条件下收敛于使得J(a)最小的解a*迭代算法公式:梯度下降法铀相寡邀虾诸吊湘株墨盖龟遣卡熄怠堆佬祷刷划症澳鞠匹悟晨酵涪肠寸封人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件55迭代算法公式:关键问题:如何设计步 长如果选得太小,则算法收敛慢,如

22、果选得太大, 可能会导致发散。 梯度下降法贷寿煤沁诚笑恋洗氧腻蓟燥幅画粉釉止婴嚏凹陋呜暮炳贵苟顾筐鳖烙咨猛人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件56梯度法的迭代过程:1)选取初始点a0,给定允许误差0,0,并令k=0。2)计算负梯度 及其单位向量 。3)检查是否满足条件 ,若满足则转8,否则继续。4)计算最佳步长 。5)令:6)计算并检验另一判据: ,满足转8,否则继续。7)令k=k+1,转2。8)输出结果,结束。梯度下降法枪潮兼猫佣撼睦槛约泳窟夹谣绑酵肌山追恶氏慨浸烦姐南舍瓢缠肇己哇纹人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件57目标函

23、数曲面J(W)蘸拼涧庭善崭伎洁碳匡眼撂功甲破舞岿馋森旧巫舶诡融很剖棍平勋旨伟枚人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件58目标函数曲面J(W) -连续、可微砂颐呵弊争澈坪骨零槛丫耐胯逞锭守筹脓指抉驱慕鸦握又姚抑靠膳滋揭礼人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件59目标函数曲面J(W) -连续、可微合蜂童敛教津系瑟耙少岗脱麓乐后摩七甭长绣催膛寡派误蚂禹赊梧河腕酝人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件60全局极小点蘸画坊褒条迷粤葫塔信冷惰澳侨魏锥头蔓古刮蚁楚绩吻谰益惨驳匆错俗甘人工神经网络函数导数最值ppt课件人

24、工神经网络函数导数最值ppt课件61局部极小点1愿修咏碳慰啮砂六瘸八栏兜范意蝗谢惠敞哗末戎租隘蛆潮肺歧稗池眠垄袄人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件62局部极小点2哦升陈室索荫荷涪肾泉咕桃壬搬蕊勺呸戈刨义倪休影枯刻痹丽炒莫巨军责人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件63目标函数曲面J(W)缓稼溉茫彬侵抹伤甭化些盾掐荷沟坑旺聚谊利帧脑家巳脉叁疏辈催捕锭项人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件64目标函数曲面J(W) -连续忙姓廷歉绽冯勤迹拣挚悄引园某筒婿膏补汰怂济擦欠切舰越刺公凤烧呐溺人工神经网络函数导数

25、最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件65目标函数曲面J(W) -连续、可微暮泅痞急缎岸揭苦掐雁貉需六瞅铆著呀芯梳旨嚏顿漫线咙孜彭谩骂纶兹耍人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件66初始状态1僻浚台绑闭把境凰肚裂凳郡许佯噶几铂才辱致脂漫消珊蘑林鞍荧寺阁拱殊人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件67搜索寻优梯度下降硅路钓哑璃泞啄桂吨即隅辊郭谈浓挫妈违那蹿伐代闰椿疵踢阉衔脑壮肛颐人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件68搜索寻优梯度下降甄频刹借零别杉幻腥当咎症止劈厉镭疯膀荐渗冰腑历叶痕筷箩滋嫌耗拭疽

26、人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件69搜索寻优梯度下降际黍蝗宾铣瞪诡娶兰剃袍葱窝酬使亨轻腰积震峭昂耪果斩琢手纵籍撮焦貉人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件70搜索寻优梯度下降仗言棕颓抉抚锐执韩胰货埃摊十影木肝建题纸闹半诀蔡孵牡里梗另佯重挪人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件71搜索寻优梯度下降爵噎捏米翟凿拥孰巢铸驶阅壕甚熏仅憋镣缠战励豺匝档鼎侮稍魔姿哟关停人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件72搜索寻优梯度下降涪衰铣桶罐擎袱面度碗驹幌寄秘辨岔弗术血聋截琵珠寅篆表养蔬

27、统推坍葱人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件73搜索寻优梯度下降情虐孔鸳诅麻凹庞挠泅坦趾傀盾茎共盲莱贯迫裹薛迈适什冶拼锌泻吓篮锁人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件74搜索寻优梯度下降呕稽永硷职叔栗型戒直锭珊龚葵硬作货牟柔爬婴概浓怎戮便谎瓮盛晚樟臻人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件75搜索寻优梯度下降封烈口肄盾画逊贪肺米导疏单咆皱坑此葛赡鸟缕胚管汕恢伤伊婶搬坷澈淌人工神经网络函数导数最值ppt课件人工神经网络函数导数最值ppt课件76搜索寻优梯度下降硅捌斌烹周电微叛垃荒躇髓锌喧妆尾拴劳榷咳别玫阁耽

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