LR推导

本文详细介绍了二分类逻辑回归的基本原理,包括概率预测公式、损失函数的定义及其对数似然形式,并推导了参数更新的梯度公式。

二分类逻辑回归:

假设样本x,预测值 y{1,0}

p(Y=1|x)=exp(wx+b)1+exp(wx+b)=π(x)

p(Y=0|x)=11+exp(wx+b)=1π(x)

损失函数:

L=i=1Np(Yi=1|x)yip(Yi=0|x)1yi=i=1Nπ(x)yi(1π(x)1yi

对数似然函数:
=logL=i=1Nyilogπ(x)+(1yi)log(1π(x))=i=1Nyi(wx+blog(1+exp(wx+b)))+(1yi)(log(1+exp(wx+b)))=i=1Nyi(wx+b)+(yi+1yi)(log(1+exp(wx+b)))=i=1Nyi(wx+b)log(1+exp(wx+b))

对对数似然函数关于w求导
wk=i=1Nyixkiexp(wx+b)xki1+exp(wx+b)=i=1N(yi(111+exp(wx+b)))xki=i=N(yiπ(xi))xki

令上式为0,得到
i=1N(yi1+11+exp(wx+b))xki=0


i=1N(1yi)xki=i=1N(11+exp(wx+b))xki

到这里,我们应该就可以看到逻辑斯蒂回归是没有解析解的。

参考:

1.http://blog.youkuaiyun.com/zouxy09/article/details/20319673
2.http://bigbear2017.github.io/logistic-regression/

Written with StackEdit.

<think>首先,用户的问题是关于推导LR滤波器的微分方程。LR滤波器通常指由电感(L)和电阻(R)组成的电路,常见于低通或高通滤波器。用户提到“lr滤波”,我假设是“LR滤波器”,即电感-电阻滤波器。 回顾系统级指令: - 所有行内数学表达式用$...$格式。 - 独立公式用$$...$$格式并单独成段。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 在回答中引用的段落末尾添加引用标识。 - 结构清晰,逐步解决问题。 - 参考提供的引用:引用[1]关于滤波器设计,引用[2]关于PLL行为模型,引用[3]关于电流密度和波动方程。这些引用可能不直接相关,但用户意图是推导LR滤波器的微分方程。 用户意图:用户想推导LR滤波相关的微分方程,可能是为了理解数学模型或电路分析。 我的回答结构: 1. 介绍LR滤波器。 2. 推导微分方程。 3. 给出方程的解或分析。 4. 生成相关问题。 步骤: - 解释LR滤波器的基本电路:一个简单的LR滤波器可以是串联的L和R,连接到电压源。 - 对于低通LR滤波器:输入电压加在串联的L和R上,输出电压取自电阻R两端(对于低通)或电感L两端(对于高通)。 - 推导微分方程:使用基尔霍夫电压定律(KVL)和元件特性。 - 电感特性:$v_L = L \frac{di}{dt}$ - 电阻特性:$v_R = iR$ - KVL:$v_{in} = v_L + v_R$ 对于串联电路。 - 对于低通配置:输出电压 $v_{out} = v_R$,所以 $v_{in} = L \frac{di}{dt} + iR$ - 微分方程:$L \frac{di}{dt} + Ri = v_{in}$ - 如果输出是电压,我们关心电流i或直接输出电压。 用户可能指的是标准的LR低通滤波器。让我确认。 推导过程: 1. 考虑一个串联LR电路,输入电压 $v_{in}(t)$,电流 $i(t)$。 2. KVL:$v_{in} = v_L + v_R = L \frac{di}{dt} + iR$ 3. 如果输出电压是 $v_{out} = v_R = iR$,那么我们可以写成: $v_{in} = L \frac{d}{dt} \left( \frac{v_{out}}{R} \right) + v_{out} = \frac{L}{R} \frac{dv_{out}}{dt} + v_{out}$ 4. 所以微分方程:$\frac{L}{R} \frac{dv_{out}}{dt} + v_{out} = v_{in}$ 5. 令时间常数 $\tau = \frac{L}{R}$,则 $\tau \frac{dv_{out}}{dt} + v_{out} = v_{in}$ 这是一个一阶线性微分方程。 对于高通滤波器:如果输出电压取自电感,$v_{out} = v_L = L \frac{di}{dt}$,那么从KVL:$v_{in} = v_L + v_R = v_{out} + iR$ 但 $i = \frac{1}{L} \int v_{out} dt$ 或类似,需要推导微分方程。 用户没有指定是低通还是高通,但通常LR滤波器可以是低通或高通。我会以低通为例,因为它更常见。 在回答中,使用中文,数学表达式正确格式。 引用:提供的引用中,引用[1]提到滤波器设计目标,我可以引用它来介绍滤波器目的。引用[3]有微分方程,但不直接相关。我会在适当的地方添加引用标识。 生成相关问题:在最后,生成3个左右相关问题。 完整回答结构: - 引言:介绍LR滤波器及其目的,引用[1]。 - 推导:逐步推导微分方程。 - 解或分析:简要讨论方程的解。 - 相关问题。 确保LaTeX语法正确。</think>### LR滤波器微分方程推导 LR滤波器是一种常见的无源滤波器,由电感(L)和电阻(R)组成,主要用于信号处理中的频率选择,如低通或高通滤波。其设计目标是通过抑制高频或低频分量来改善信号质量,这与滤波器的一般目的相符[^1]。下面,我将以LR低通滤波器为例(输出电压取自电阻两端),逐步推导其微分方程。推导基于电路基本定律,包括基尔霍夫电压定律(KVL)和元件特性。 #### 步骤1: 电路描述 考虑一个简单的LR串联电路: - 输入电压源为 $v_{\text{in}}(t)$。 - 电感 $L$ 和电阻 $R$ 串联连接。 - 输出电压 $v_{\text{out}}(t)$ 取自电阻 $R$ 两端(对于低通滤波)。 - 电流 $i(t)$ 为回路电流。 电路方程由KVL给出: $$ v_{\text{in}}(t) = v_L(t) + v_R(t) $$ 其中: - 电感电压: $v_L(t) = L \frac{di(t)}{dt}$(电感特性)。 - 电阻电压: $v_R(t) = i(t) R$(欧姆定律)。 因此,KVL方程可写为: $$ v_{\text{in}}(t) = L \frac{di(t)}{dt} + i(t) R $$ #### 步骤2: 输出电压关系 对于低通滤波器,输出电压定义为电阻电压: $$ v_{\text{out}}(t) = v_R(t) = i(t) R $$ 从中解出电流: $$ i(t) = \frac{v_{\text{out}}(t)}{R} $$ #### 步骤3: 代入并推导微分方程 将电流表达式代入KVL方程: $$ v_{\text{in}}(t) = L \frac{d}{dt} \left( \frac{v_{\text{out}}(t)}{R} \right) + v_{\text{out}}(t) $$ 简化导数项($R$ 为常数): $$ v_{\text{in}}(t) = \frac{L}{R} \frac{dv_{\text{out}}(t)}{dt} + v_{\text{out}}(t) $$ 这给出了LR低通滤波器的微分方程: $$ \frac{L}{R} \frac{dv_{\text{out}}}{dt} + v_{\text{out}} = v_{\text{in}} $$ 其中,$\frac{L}{R}$ 是时间常数 $\tau$,因此方程可简写为: $$ \tau \frac{dv_{\text{out}}}{dt} + v_{\text{out}} = v_{\text{in}} $$ #### 步骤4: 方程分析 这是一个一阶线性常微分方程,描述了输出电压 $v_{\text{out}}$ 对输入电压 $v_{\text{in}}$ 的响应: - **时间常数 $\tau = \frac{L}{R}$**:决定了滤波器的响应速度,$\tau$ 越大,滤波器的截止频率越低($f_c = \frac{1}{2\pi\tau}$),能更好地抑制高频噪声[^1]。 - **解的形式**:对于阶跃输入 $v_{\text{in}} = V_0$(常数),解为 $v_{\text{out}}(t) = V_0 (1 - e^{-t/\tau})$,显示指数衰减特性。 - **高通变体**:如果输出电压取自电感两端(高通滤波),微分方程会不同(例如,$v_{\text{out}} = L \frac{di}{dt}$),推导类似,但需调整KVL。 此推导基于电路理论,确保了模型的可靠性。在系统级仿真中,类似行为模型可简化设计[^2]。
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