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对向量求导

标量y对向量x求导(最常用)

结果是个与x 同形的列向量,每个分量是 yx 的偏导

线性组合y=aTx

则:yx=a

二次型y=xTAx

则:yx=(A+AT)x 显然当 A 对称时 , 结果为2Ax ,长得像平方求导

于是:$y = \vec x^T A A^T x $ 必有: yx=2AATx

向量y对向量x求导

这就是雅可比矩阵:雅可比矩阵

例子:最小二乘法推导(伪逆)

给定线性系统 y=XwXm×n 矩阵,m>n,方程数多于未知数,无精确解),求使误差最小的 w

第一步:写误差平方(方差表达式)

e=yXw2=(yXw)T(yXw)

展开:

e=yTyyTXwwTXTy+wTXTXw

注意到 yTXw 是标量,等于它的转置 wTXTy,合并:

e=yTy2wTXTy+wTXTXw

第二步:对 w 求导,令导数为 0

套用上面的规则:

  • 2wTXTy:线性组合,导数为 2XTy
  • wTXTXw:二次型(A=XTX 对称),导数为 2XTXw
ew=2XTy+2XTXw=0

第三步:解出 w

XTXw=XTyw=(XTX)1XTy

其中 X+=(XTX)1XT 就是 X伪逆(Moore-Penrose 伪逆在列满秩时的特例)。