PRML exercises 10.3 解析

P517 exercises 10.3 solution(solution to exercises tutor’s edition p164)
从公式(10.6)开始,推导整理可得

KL( p||q )=====p(Z)[i=1Mlnqi(Zi))]dZ+const.p(Z)lnqj(Zj)+p(Z)ijlnqi(Zi))dZ+const.p(Z)lnqj(Zj)dZ+const.lnqj(Zj)p(Z)ijdZidZj+const.Fj(Zj)lnqj(Zj)dZj+const.,

其中
F=Fj(Zj)=p(Z)ijdZi

const表示与qj(Zj)无关的项, 最小化KL divergence中可以忽略
根据约束p(Z)dZ=1加入Lagrange multiplifier得

δF=Fj(Zj)lnqj(Zj)dZj+λ(qj(Zj)dZj1)

整理, 得到优化的目标函数, 该函数为泛函数δF(qj(Zj),Zj)
δF={Fj(Zj)lnqj(Zj)+λqj(Zj)}dZj+λ

由于λ为常数优化中可以忽略, 且按照Appendix D中的(D.5)公式,可得,
G=Fj(Zj)lnqj(Zj)+λqj(Zj)

Gqj(Zj)=0

根据AppendixDEulerLagrangeequation的简化假设G(y,x)不依赖于yx, 求函数δF的驻点即为求functional derivative Gqj(Zj)=0, 由此得
Fj(Zj)q(Zj)+λ=0

移项变换以后得
λqj(Zj)=Fj(Zj).

λ=Fj(Zj)dZj=p(Z)ijdZidZi=1,

λ=1代入λqj(Zj)=Fj(Zj)可得
qj(Zj)=Fj(Zj)=p(Z)ijdZi.

即p468 的(10.17)
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