R统计学(07): 常见数学函数

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R统计学(07): 常见数学函数

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在统计计算中,你只要学习三类数学规则:分别与幂、指数和对数有关。

对于形如y=x^b的表达式,其中x是自变量,指数b为常数,称为幂函数(power function)。

对于形如y=e^x的表达式,其中e是自然常数(=2.718282),指数x为自变量,称为指数函数(exponential function)。

y=log(x)是指数函数y=e^x的反函数(inverse function),称为对数函数(logarithmic function)。注意:这里的log()是以自然常数e为底的,也即log(x)等同于ln(x)。在R中,log()就是以e为底的对数函数,R中不存在ln()函数。看个例子:

> e e [1] 2.718282 > log(e) ### log()函数默认以e为底 [1] 1 > ln(e) ### R中不存在ln()函数 Error in ln(e) : could not find function "ln" > log(100, base=10) ### 通过设置base参数,可以改变对数底的大小,这里为10 [1] 2

更多有关对数的计算可参考这篇教程:R语言初级教程(04): 算术运算

记住一些关于极限的数学结论也是很有用的。我们想知道当x趋于无穷大时y会怎样,以及当x趋于0时y将怎样。下面是一些最重要的结论:

任何数的0次幂都是1: x^0=1

1的任何次幂都是1: 1^x=1

无穷大加1还是无穷大:\infty + 1 = \infty

无穷大的倒数为0:\frac{1}{\infty} = 0

任何大于1的数的无穷次幂都为无穷大:1.2^{\infty}=\infty

0 \leq x  1,x的无穷次幂为0:0.999^\infty = 0

负幂是倒数: x^{-b} = \frac{1}{x^b}

自然对数的底为e,值为2.71828,因此:e^{\infty}=\infty

分数次幂是开根:x^{1/3} = \sqrt[3]{x}

最后一个,但是最有用的一个: e^{-\infty}=\frac{1}{e^\infty}=\frac{1}{\infty}=0

下面介绍各种函数:

1. 指数函数(exponential function)和对数函数(Logarithmic function)

指数函数一般表示为:y=ae^{bx}

指数函数的反函数为对数函数,对数函数一般表示为: y=aln(bx),这里对数的底为自然常数e(=2.71828)。

指数函数和对数函数都是平滑函数,要在R中绘制平滑函数,需要生成一系列在min(x)和max(x)之间的等差数列(元素个数大于100或更多):

x


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