Jacobian

本文详细介绍了雅可比矩阵的概念及其在多变量函数中的应用。包括雅可比矩阵的定义、如何通过偏导数构建矩阵,以及其行列式的含义。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

来源
Given a set y=f(x) of n variables x1,...,xn, written explicitly as

y=f1(x)f2(x)fn(x)

or more explicitly as
y1=f1(x1,...,xn)yn=fn(x1,...,xn)

the Jacobian matrix, sometimes simply called “the Jacobian”(Simon and Blume 1994) is defined by
J(x1,...,xn)=y1x1ynx1y1xnynxn

The determinant of J is the Jacobian determinant (confusingly, often called “the Jacobian” as well) and is denoted
J=(y1,...,yn)(x1,...,xn)


Practical 4

The Jacobian is a m×n matrix of derivatives for a multivariate function f:RnRm :

dfdx=f1x1fmx1f1xnfmxn

each i th row being a gradient of an element, fi, of the output vector, f .

### Jacobian 函数在数值计算和机器学习库中的应用 #### 数值计算中的雅可比矩阵 在数值分析中,雅可比矩阵是一个多元函数的一阶偏导数以一定方式排列成的矩阵。对于给定的向量值函数 \( f : \mathbb{R}^n \to \mathbb{R}^m \),其雅可比矩阵定义如下: \[ J_f(x_1, ..., x_n) = \begin{bmatrix} \frac{\partial f_1}{\partial x_1} & ... & \frac{\partial f_1}{\partial x_n}\\ ... & ... & ...\\ \frac{\partial f_m}{\partial x_1} & ... & \frac{\partial f_m}{\partial x_n}\end{bmatrix}. \] 这个矩阵提供了关于输入变量如何影响输出变化的信息,在优化算法、求解非线性方程组等方面有着广泛应用[^1]. #### 机器学习框架中的实现 现代自动微分工具能够高效地计算复杂的梯度以及更高维度上的导数结构如Hessian 和 Jacobian 矩阵。例如 TensorFlow 或 PyTorch 这样的深度学习平台支持通过反向传播机制来获取这些重要的数学对象。 以下是使用PyTorch 计算简单二元函数雅可比行列式的例子: ```python import torch def jacobian(y, x): jacobi_matrix = [] flat_y = y.reshape(-1) def _grad(z): gradients = torch.autograd.grad( z, x, retain_graph=True, create_graph=True)[0] return gradients for i in range(len(flat_y)): grad_i = _grad(flat_y[i]) jacobi_matrix.append(grad_i.view(-1)) return torch.stack(jacobi_matrix).view(*y.shape, *x.shape) # 定义一个简单的双参数函数 params = torch.tensor([1., 2.], requires_grad=True) output = params.pow(2).sum() print("Jacobian Matrix:") print(jacobian(output, params)) ``` 此代码片段展示了如何利用 `torch.autograd` 功能来自动生成并返回指定张量相对于另一些张量的变化率组成的雅克比矩阵[^3]。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值