偏微分

偏微分

執筆済 数学微分積分
∂f∂xi=limh→0⁡f(…,xi+h,…)−f(…,xi,…)h

他の変数を固定して、1 つの変数だけで微分する。

意味と限界#

偏微分は座標軸方向の変化率しか見ていない。 そのため各軸方向の偏微分がすべて存在しても、 関数が滑らか(全微分可能)とは限らない。

軸方向以外を含めた変化を扱うには 方向微分や全微分が要る。

順序交換#

f が C2 級(二階偏導関数が連続)なら

∂2f∂xi∂xj=∂2f∂xj∂xi

Schwarz の定理。これにより ヘッセ行列が対称になる。 対称だからこそ固有値が実数で固有ベクトルが直交し、 二次形式の形が固有値の符号で分類できる。

計算コスト#

n 変数の関数の偏微分をすべて数値的に求めるには、 最低でも n+1 回の関数評価が要る(前進差分)。 中心差分なら 2n 回。

この n 倍のコストが、量子計算の VQE で SPSA が選ばれる理由になっている。

参考文献#

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