驻点以及二阶导对驻点的判断

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驻点以及二阶导对驻点的判断

2024-07-13 04:24| 来源: 网络整理| 查看: 265

一、导数知识可以参考 

​​​​​​导数、偏导数、梯度、方向导数、梯度下降、二阶导数、二阶方向导数

二、微积分中几种重要的点

1、全局最大值点和全局最小值点

global minimum:在该点的函数值达到最小值。一个函数可能有1个或者多个全局最小值点。

global maximum:在该点的函数值达到最大值。一个函数可能有1个或者多个全局最大值点。

2、局部最小值点和局部最大值点

local minimum:在该点的函数值比周围点的函数值都要小。在附近移动极小步不会使函数值下降。

local maximum:在该点的函数值比周围点的函数值都要大。在附近移动极小步不会使函数值上升。

3、驻点(临界点)和鞍点

critical points / stationary points:对于一元函数,一阶导数为0的点叫做驻点(临界点),对于多元函数,驻点是所有一阶偏导数都为零(梯度向量为零向量)的点。驻点包括三种情况:最小值点(局部/全局)、最大值点(局部/全局)、鞍点。

saddle points:鞍点是驻点的一种情况。如果驻点既不是最小值点也不是最大值点,那么为鞍点。

可参考下图理解一元函数中的驻点的三种情况:

可参考下图理解多元函数的各种鞍点:

马鞍点:(函数z = x_{1}^2-x_{2}^2 中的点(0,0,0))(形状类似马鞍)

另一种鞍点:(函数z = x_{1}^2 +x_{2}^3 中的点(0,0,0))

另外一种鞍点:(函数z = x_{1}^3-x_{2}^3中的点(0,0,0))

  

三、二阶导对驻点(critical points) 的判断

当一阶导数为 0 或者梯度向量为零向量时,该点为驻点,如何判断该驻点是局部最小值点还是局部最大值点还是鞍点呢?我们可以利用二阶导数判断。

1、一元函数:

一阶导数二阶导数点类型f'(x)=0f''(x)0最小值点f'(x)=0f''(x)0最大值点f'(x)=0f''(x)=0鞍点或者平线中的一点

一元函数的情况比较容易理解,就不多做解释了。

2、多元函数:

一阶偏导数Hessian矩阵二阶方向导数点类型\triangledown _{\boldsymbol{x}}f(\boldsymbol{x}) = \boldsymbol{0}所有特征值>0所有二阶方向导数都>0最小值点\triangledown _{\boldsymbol{x}}f(\boldsymbol{x}) = \boldsymbol{0}所有特征值


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