海森矩阵
定义
海森矩阵1(Hessian matrix 或 Hessian),又译作黑塞矩阵、海塞(赛)矩阵或海瑟矩阵等,是一个由多变量实值函数的所有二阶偏导数组成的方阵
若实值函数$f(x_1,x_2,\cdots,x_n)$的2阶偏导数都存在且在定义域内连续,则对应的海森矩阵如下,$H_{ij}=\frac{\partial^{2}f}{\partial x_{i}x_{j}}$
性质
一元函数$f(x)$, 在$x=x_0$处泰勒展开式
其中$\Delta x=x-x_0$
二元函数$f(x_1,x_2)$在$x_0(x_{10},x_{20})$处展开有
更多元函数形式相同
海森矩阵是对称矩阵,$\frac{\partial^2 f}{\partial x_i \partial x_j}=\frac{\partial^2 f}{\partial x_j \partial x_i}$, 可通过导数定义式$\frac{\partial f}{\partial x}=\lim_{\Delta x \to 0}\frac{f(x+\Delta x)-f(x)}{\Delta x}$进行推导
应用
一元函数极值必要条件$f’(x_0)=0$,即函数极值在驻点^2处取得,但是驻点不一定是极值点,可通过二阶导数正负号判断
$x_0\to 0$时高阶项相对低阶项很小,可以忽略,所以直接判断最小阶非0导数即可
- 极小值, $f(x)>f(x_0)$, 对应$f’’(x_0)>0$
- 极大值, $f(x)<f(x_0)$, 对应$f’’(x_0)<0$
如果$f’’(x_0)=0$,则需要检查更高阶,奇数阶对应拐点(在$x_0$一个方向增大,反向减小),偶数对应极值点
二元函数极值必要条件$\nabla f(x_0)=\begin{bmatrix}
\frac{\partial f}{\partial x_1} \\
\frac{\partial f}{\partial x_2}
\end{bmatrix}=0$
1. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%BB%91%E5%A1%9E%E7%9F%A9%E9%99%A3 ↩
2. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%A9%BB%E7%82%B9 ↩
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文章标题:海森矩阵
本文作者:杨本泊
发布时间:2024-06-08, 06:19:12
最后更新:2024-06-23, 21:53:48
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