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【最优化】多元函数判断是否为函数值下降方向的直观理解

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首先上一个定理:

定理

在最优化中,包括现在的机器学习和深度学习最后迭代需要更新的方向,都应该是往沿函数值下降的方向移动,那么有了上面的定理之后,我们只需要判断一下,走的方向是否和当前点梯度方向的内积小于0(也就是夹角大于90度)。

下面不会严格证明,只给出直观理解。

2:

我们这边举出能够可视化的二维进行直观理解。

而此时对于y=x^2俩说,自变量只有x一个,能走的方向只有两个,一个是x轴正方向,一个是x轴负方向,那么我们下面来看一下,这两个方向移动之后,函数值的升降情况:

我们通过上图可以看到,红色箭头代表的一个移动方向,很容易看到它与梯度方向的夹角是大于90度,并且局部函数值是在下降,而绿色箭头代表着另一个方向,x轴正方向,很明显看到它与梯度的方向夹角是小于90度,并且从图中可以看到,局部函数值的变化是上升。

所以通过上图可以看出,直观上可以看出定理是正确的。

其中三维的例子完全与上面类似,只是这个时候,y=f(x1,x2),任意一点的移动方向已经变为二维平面上的任意一个方向了。但是图示和原理和上面完全一致,高维空间也是如此。

希望能给大家一点直观感觉。

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