向量,矩阵,张量求导法则

向量,矩阵,张量求导

参考:http://cs231n.stanford.edu/vecDerivs.pdf

向量对向量求导

如何对 y = Wx 求导?其中:

  • y: {C\times1}
  • W: {C\times D}
  • x: {D\times 1}

可以先通过计算一种特例,比如 \frac{\partial{y_7}}{\partial{x_3}} 来更好地理解, y_7 可以写成
y_7 = \sum_{j=1}^{D}W_{7,j} x_j =W_{7,1}x_1 + W_{7,2}x_2 + W_{7,3}x_3+\cdots
所以\frac{\partial{y_7}}{\partial{x_3}}=W_{7,3}。进而,\frac{\partial{y}}{\partial{x}} = W

PS: 标量对向量求导的维度为 1*n; 向量对标量求导的维度为 n*1;

向量对矩阵求导

y = xW, 如何求\frac{\partial{y}}{\partial{W}}?其中:

  • y: {1\times C}
  • W: {D\times C}
  • x: {1\times D}

依然先计算特例:\frac{\partial{y_3}}{\partial{W_{78}}}, 首先
y_3 = x_1 W_{13} + x_2W_{23} + \dots + x_D W_{D3}
所以可以看到\frac{\partial{y_3}}{\partial{W_{78}}}=0,进一步又发现
\frac{\partial{y_j}}{\partial{W_{ij}}} = x_i
于是令 F_{i,j,k}=\frac{\partial{y_i}}{\partial{W_{jk}}},有
F_{i,j,i} = x_j
张量 F 的其余项均为0,因此可以定义一个二维矩阵 G_{i,j} = F_{i,j,i} 来表示 \frac{\partial{y}}{\partial{W}}的结果。


PS:Representing the important part of derivative arrays in a compact way is critical to efficient implementations of neural networks.

矩阵对矩阵求导

Y=XW, 如何求\frac{\partial{Y_{a,b}}}{\partial{X_{c,d}}}?其中:

  • Y: {n\times C}
  • W: {D\times C}
  • x: {n\times D}

依然进行展开:
Y_{i,j} = \sum_{k=1}^D X_{i,k}W_{k,j}
于是有
\frac{\partial{Y_{i,j}}}{\partial{X_{i,k}}} = W_{k,j} \tag{1}
因此
\frac{\partial{Y_{a,b}}}{\partial{X_{c,d}}} = \begin{cases} W_{d,b}, \qquad \text{when}\ a=c\\ 0, \qquad \text{when}\ a\neq c \end{cases}
可以发现

  1. 实际上 \frac{\partial{Y_{a,b}}}{\partial{X_{c,d}}}所有的结果都包含在 W 中。
  2. \frac{\partial{Y_{i,j}}}{\partial{X_{i,k}}}X,Y 的行索引没有关系。
  3. In fact, the matrix W holds all of these partials as it is–we just have to remember to index into it according to Equation 1 to obtain the specific partial derivative that we want.

使用链式法则

y=Vm, 其中 m=Wx, 求 \frac{\partial{y}}{\partial{x}}?

依然先从特例开始:
\begin{aligned} \frac{\partial{y_i}}{\partial{x_j}} &= \frac{\partial{y_i}}{\partial{m}}\frac{\partial{m}}{\partial{x_j}} \\ &= \sum_{k=1}^M \frac{\partial{y_i}}{\partial{m_k}}\frac{\partial{m_k}}{\partial{x_j}} \\ &= \sum_{k=1}^M V_{i,k}W_{k,j} \\ &= V_{i,:}W_{:,j} \end{aligned}
因此
\frac{\partial{y}}{\partial{x}} = VW

总结

  1. 为了求得最终的导数结果,往往需要先求中间的结果,例如先求\frac{\partial{y_i}}{\partial{x_j}}, 再求\frac{\partial{y}}{\partial{x}}
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 200,527评论 5 470
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 84,314评论 2 377
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 147,535评论 0 332
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,006评论 1 272
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 62,961评论 5 360
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,220评论 1 277
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 37,664评论 3 392
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,351评论 0 254
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,481评论 1 294
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,397评论 2 317
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,443评论 1 329
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,123评论 3 315
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,713评论 3 303
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,801评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,010评论 1 255
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,494评论 2 346
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,075评论 2 341

推荐阅读更多精彩内容