范数及其意义

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范数及其意义

2024-05-30 12:46| 来源: 网络整理| 查看: 265

什么是范数? 范数(Norm)是具有度量性质的函数,它经常使用来衡量矢量函数的长度或大小,是泛函分析中的一个基本概念。 要更好的理解范数,就要从函数、几何与矩阵的角度去理解,我们都知道,函数与几何图形往往是有对应的关系,这个很好想象,特别是在三维以下的空间内,函数是几何图像的数学概括,而几何图像是函数的高度形象化,比如一个函数对应几何空间上若干点组成的图形。 但当函数与几何超出三维空间时,就难以获得较好的想象,于是就有了映射的概念,映射表达的就是一个集合通过某种关系转为另外一个集合。通常数学书是先说映射,然后再讨论函数,这是因为函数是映射的一个特例。 为了更好的在数学上表达这种映射关系,(这里特指线性关系)于是就引进了矩阵。这里的矩阵就是表征上述空间映射的线性关系。而通过向量来表示上述映射中所说的这个集合,而我们通常所说的基,就是这个集合的最一般关系。于是,我们可以这样理解,一个集合(向量),通过一种映射关系(矩阵),得到另外一个几何(另外一个向量)。 那么向量的范数,就是表示这个原有集合的大小。 而矩阵的范数,就是表示这个变化过程的大小的一个度量。 L0范数:向量中非零元素的个数 L1范数:为绝对值之和(由于L1范数的天然性质,对L1优化的解是一个稀疏解,因此L1范数也被叫做稀疏规则算子,实现特征的稀疏,去掉一些没有信息的特征,例如在对用户的电影爱好做分类的时候,用户有100个特征,可能只有十几个特征是对分类有用的,大部分特征如身高体重等可能都是无用的,利用L1范数就可以过滤掉。) L2 范数:就是通常意义上的模;L2范数通常会被用来做优化目标函数的正则化项,防止模型为了迎合训练集而过于复杂造成过拟合的情况,从而提高模型的泛化能力。 无穷范数:就是取向量的最大值。 F范数 F范数是矩阵中每一个位置的元素的平方和再开方,它的作用是衡量一个矩阵的大小,即衡量这个矩阵和零矩阵的距离,就像二维平面上的一个点,和原点的距离就是它的F范数。

总的来说,范数的本质是距离,存在的意义是为了实现比较。比如,在一维实数集合中,我们随便取两个点4和9,我们知道9比4大,但是到了二维实数空间中,取两个点(1,1)和(0,3),这个时候我们就没办法比较它们之间的大小,因为它们不是可以比较的实数,于是我们引入范数这个概念,把我们的(4,0)和(0,3)通过范数分别映射到实数4 和 3 ,这样我们就比较这两个点了。所以你可以看到,范数它其实是一个函数,它把不能比较的向量转换成可以比较的实数。 在上面的例子里,我们用的范数是平方求和然后再开方,范数还有很多其他的类型,这个就要看具体的定义了,理论上我们也可以把范数定义为只比较x轴上数字的绝对值。

参考链接: https://blog.csdn.net/yangpan011/article/details/79461846 https://blog.csdn.net/shijing_0214/article/details/51757564



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