方向微分

方向微分

執筆済 数学微分積分
Duf(x)=limh→0⁡f(x+hu)−f(x)h=∇f(x)⊤u

指定した方向 u(単位ベクトル)に沿った変化率。

偏微分の一般化#

u=ei とすれば偏微分そのもの。 方向微分は軸方向に限らない、任意の方向についての変化率を与える。

勾配との関係#

Duf=‖∇f‖cos⁡θ

θ は u と ∇f のなす角。

θ 意味
0 最も増える。勾配方向
π/2 変化しない。等高線に沿う方向
π 最も減る。降下方向

最適化での使い方#

d が降下方向であるとは ∇f⊤d<0 のこと。 勾配降下法は d=−∇f を取るが、 ∇f⊤d<0 を満たせば何でも降下方向になる。

Newton 法の d=−H−1∇f が 降下方向であるためには H が正定値である必要があり、 そうでないときに修正が要る理由がここにある。

参考文献#

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