神奇的多项式求导矩阵与积分矩阵

2020-11-19 17:24:39 浏览数 (1)

线性代数是一门有趣又有用的学科。基于机器学习、深度学习等技术的人工智能的核心数学知识就包含数理统计、微积分与线性代数。

通过 求导矩阵 对多项式求导:

例:

则声明其系数向量次数矩阵

将 D 与 y 做乘,则得到求导后的系数:

对应数学表达式:

同理,可推导 积分矩阵 :

因此,对于式 ,其积分矩阵为:

  • 原式线性多项式最高次幂为1,则积分后最高次幂为2,则积分矩阵要表达 2 次的系数,因此 ;
  • 即先写出正常的 ,再取 的(伪)逆。

则对于 ,积分矩阵为:

将 与 系数向量 做乘,则得到积分后的系数:

对应数学表达式:

注意该不定积分没有常数项。

启发:该方法很好理解,利用了矩阵的性质,实现了系数的自动变换与落位,在计算实现时可以考虑该方法减少迭代次数,提高运算效率。但是可能只适合线性多项式。

下面是一个 matlab 的例题,我先通过求导矩阵求其求导后,在通过积分矩阵求其原式,但是不带常数项。

4th order polynomial

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》D

D =

     0      0      0      0      0
     4      0 0      0      0
     0      3      0      0      0
     0      0      2      0      0
     0      0      0      1      0

》Y

Y =

     2
     4
     6
     8
     3

》dy = D * Y

dy =

     0
     8
    12
    12
     8

》% 如何通过dy求Y?先对D求逆,即积分矩阵
》D_1 = pinv(D)

D_1 =

         0     0.2500          0               0               0
         0          0          0.3333          0               0
         0          0               0      0.5000          0
         0          0               0               0          1.0000
         0          0               0      0               0

》Y = D_1 * dy

Y =

     2
     4
     6
     8
     0

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