微积分基础

微积分基础本文详细介绍了导数的概念 作用 区分左右导数 探讨了可导函数的条件 涉及导数在几何 物理中的应用 以及神经网络激活函数的求导过程 包括 Sigmoid Tanh 和 Softmax

目录

1、什么是导数

1.1 导数定义

1.2 导数作用

2、左右导数与可导函数

2.1 左导数定义

2.2 右导数定义

2.3 左右导数示例

2.4 神经网络激活函数Relu导数

2.5 可导函数

3、导数的几何与物理含义

3.1 导数的数学(几何)意义

3.2 导数的物理意义

3.3 自由落体示例

4、函数求导公式

5、导数四则运算

6、复合函数求导法则

7、神经网络激活函数求导

7.1 Sigmoid 激活函数

7.2 Tanh 激活函数

7.3 Softmax 激活函数

8、高阶导数

9、导数与函数单调性

10、极值定理

11、导数与函数凹凸性

11.1 凹凸性概念与判断

11.2 知识点拓展

12、一元函数泰勒展开


1、什么是导数

1.1 导数定义

导数(Derivative),也叫导函数值。又名微商,是微积分中的重要基础概念。

1.2 导数作用

求极值,往往设导数为 0 ,即可进行求解。

2、左右导数与可导函数

函数趋近于 0 有两个方向,从左侧趋向于 0 是左导数,从右侧趋向于 0 是右导数。

2.1 左导数定义

2.2 右导数定义

2.3 左右导数示例

2.4 神经网络激活函数Relu导数

2.5 可导函数

函数可导的条件如下:

  • 函数在该点的去心邻域内有定义。
  • 函数在该点处的左、右导数都存在。
  • 左导数=右导数

扩展知识点:

3、导数的几何与物理含义

3.1 导数的数学(几何)意义

3.2 导数的物理意义

导数可以表示运动物体的瞬时速度和加速度 ,就直线运动而言,位移关于时间的一阶导数是瞬时速度,二阶导数

是加速度。
导数与物理、几何、代数关系密切:在几何中可求切线;在代数中可求瞬时变化率;在物理中可求速度、加速度。

3.3 自由落体示例

自由落体的位移随时间的变化公式如下:

4、函数求导公式

5、导数四则运算

导数除法:

6、复合函数求导法则

7、神经网络激活函数求导

7.1 Sigmoid 激活函数

其导函数为:

7.2 Tanh 激活函数

Tanh 函数可以看作是放大并平移的 Sigmoid 函数,但因为是零中心化的 (zero-centered) ,通常收敛速度快于 Sigmoid 函数,下图是二者的对比:

其函数形式为:

7.3 Softmax 激活函数

首先求标量形式的导数,即第 i个输出对于第 j个输入的偏导数:

8、高阶导数

前面学的是一阶导数,对导数再次求导就是高阶导数,二阶和二阶以上的导数统称为高阶导数。

9、导数与函数单调性

10、极值定理

导数为我们寻找极值提供依据,对于可导函数而言,因为在极值位置必然有函数的导数等于0。

11、导数与函数凹凸性

11.1 凹凸性概念与判断

函数的二阶导数是和函数的凹凸性是有关系的,凹凸性怎么定义的?

11.2 知识点拓展

举例说明:

12、一元函数泰勒展开

编程小号
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