Главная › Лекции › Лекции одного дата-шрушера (ВШЭ) — Глубокое обучение

Матричные производные: дифференциалы, градиенты и линейная регрессия

Лекция объясняет матричное дифференцирование и показывает его применение к квадратичным формам и линейной регрессии.

Лекции одного дата-шрушера⏱ 78 минОткрыть на YouTube ↗
Пройти весь тест — 9 вопросов →

Бесплатно, нужен вход через Google. Готовый тест не тратит часовой лимит.

О чём лекция

Сначала вводится понятие дифференциала как линейного приближения изменения функции. Для скалярной функции он записывается как произведение производной на приращение аргумента. Затем рассматриваются функции от векторов: дифференциал выражается через скалярное произведение градиента и вектора приращения. Лекция систематизирует случаи отображений между скалярами, векторами и матрицами, вводит якобиан и фиксирует соглашения о размерностях и ориентации векторов.

Далее разбираются свойства матричных дифференциалов: правило произведения, линейность, дифференцирование транспонирования и констант, а также свойства следа, транспонирования и обратной матрицы. На примерах выводятся производные линейной функции и квадратичной формы xᵀAx, для которой градиент равен (A + Aᵀ)x, а гессиан — A + Aᵀ. В заключительной части эти правила применяются к функции ошибки линейной регрессии: выводятся градиент, аналитическое решение метода наименьших квадратов, положительная определённость гессиана и формула градиентного спуска.

Ключевые идеи

Примеры вопросов

Пусть значение функции f(x) рассматривают при малом приращении аргумента h. Какой смысл имеет использование дифференциала в качестве приближения изменения функции?

  1. AУчитывают только нелинейные члены разложения и исключают линейную часть
  2. BИзменение функции считают равным нулю при любом ненулевом h
  3. CФункцию заменяют постоянным значением, не зависящим от h
  4. DИзменение функции заменяют линейным по h выражением, пренебрегая нелинейными членами более высокого порядка
Показать ответ

Верный ответ: D. Дифференциал описывает первый, линейный по приращению аргумента вклад. Нелинейные поправки при таком приближении не учитываются.

Для скалярной функции трёх переменных \(f(x_1,x_2,x_3)=x_1^2x_2+3x_1-\cos x_3\) градиент в точке \((1,2,0)\) составляется из частных производных по всем переменным. Какой вариант верно задаёт этот градиент как столбец?

  1. A\(\begin{pmatrix}7&1&0\end{pmatrix}\)
  2. B\(\begin{pmatrix}2\\1\\1\end{pmatrix}\)
  3. C\(\begin{pmatrix}7\\1\\0\end{pmatrix}\)
  4. D\(\begin{pmatrix}1\\7\\0\end{pmatrix}\)
Показать ответ

Верный ответ: C. Частные производные равны \(\partial f/\partial x_1=2x_1x_2+3\), \(\partial f/\partial x_2=x_1^2\), \(\partial f/\partial x_3=\sin x_3\). В точке \((1,2,0)\) они дают соответственно 7, 1 и 0; градиент записывается вертикальным вектором.

Пройти весь тест — 9 вопросов →

Свой тест по любой лекции

Вставьте ссылку на видео — LearnReplay сделает тест на понимание.

Создать тест →