笔记一

通过训练样本集的“学习”或训练来设计分类器,这是模式识别研究的重要内容。

模式识别的方法:

  1. 模板匹配
  2. 统计方法
  3. 句法方法
  4. 神经网络

预备知识:
(1)数理统计。
(2)线性代数和矩阵分析。

  1. 迹的计算:
    定义:对任意n阶方阵A=(a_{ij} )_{n*n}tr(A) = \sum_{i=1}^{n}a_{ii}
    1). tr(A^T)=tr(A)
    2). tr(A+B) = tr(A)+tr(B)
    3). C=(c_{ij})_{m*n} D=(d_{ij})_{n*m}
    tr(CD) = tr(DC) = \sum_{i=1}^m\sum_{j=1}^nc_{ij}d_{ji}

  2. 矩阵导数:
    1:函数对向量的导数,结果为向量。
    定义:
    \frac{df}{dx} = (\frac{\partial f}{\partial x_1} , ...,\frac{\partial f}{\partial x_n}) , x = (x_1,x_2,...,x_n)^T.
    并且对于之后要用到的我们做一个计算:

\begin{equation} \begin{aligned} f(x) &= x^TAx = \sum_{i,j=1}^{n}a_{ij}x_ix_j \\ \frac{df}{dx} &= (\frac{\partial f}{\partial x_1} , ...,\frac{\partial f}{\partial x_n})=(\frac{\partial \sum_{i,j=1}{n}a_{ij}x_ix_j}{\partial x_1},...,\frac{\partial \sum_{i,j=1}{n}a_{ij}x_ix_j}{\partial x_n} )^T\\ &=( [(a_{11}+a_{11})x_1+(a_{12}+a_{21})x_2 + ... + (a_{1n}+a_{n1})x_n],...,[(a_{1n}+a_{n1})x_1+(a_{n2}+a_{2n})x_2 + ... + (a_{nn}+a_{nn})x_n] )\\ &=(A+A^T)x \end{aligned} \end{equation}
要记下来:
\frac{dx^TAx}{dx} = (A+A^T)x

并且有其他的推导:
\begin{equation} \begin{aligned} \frac{dx^TAy}{dx} &= Ay \\ \frac{dy^TAx}{dx} &= A^Ty \end{aligned} \end{equation}

2:函数对矩阵的求导,结果是矩阵
定义:
\frac{df}{dX} = (\frac{\partial f}{\partial x_{ij}})_{m*n} , X = (x_{ij})_{m*n}
列出一些常用的:
设:A=(a_{ij})_{m*m},B=(b_{ij})_{n*m}
(1)\frac{d(tr(BX))}{dX} = \frac{d(tr(X^TB^T))}{dX} = B^T.
因为:
\frac{\partial(tr(BX))}{\partial x_{ij}} = \frac{\partial(tr(XB))}{\partial x_{ij}} = \frac{\partial \sum_{i=1}^{m}\sum_{j=1}^{n}x_{ij}b_{ji}}{\partial x_{ij}}=b_{ji}
(2)\frac{d tr(X^TAX)}{d X} = (A+A^T)X
(3)\frac{d y^TX^TXy}{dX} = 2Xyy^T.
(4)\frac{d|A|}{dA} = |A|(A^{-1})^T

3:矩阵对矩阵的求导,结果是大矩阵。
定义:
\frac{dF}{dA} = (\frac{\partial F}{\partial a_{ij}})_{pm*qn}
其中F=(f_{ij})_{p*q},A=(a_{ij})_{m*n}
\frac{\partial F}{\partial a_{ij}} = (\frac{\partial f_{ij}}{\partial a_{ij}})_{p*q}
请尝试一下下面这个:
\frac{dx^T}{dx} = I
然后就会了 函数的向量 矩阵求导。
以及 矩阵(向量) 对 矩阵(向量)的求导。

  1. 正定(半正定)矩阵:
    定义:对称矩阵的特征值为正数(非负数)
    U^TAU = diag(\lambda_1,..,\lambda_n)
    \lambda >= 0

另外:一个矩阵是半正定(正定)的充要条件是存在(非奇异矩阵)Q,使得:
A=Q^TQ

有一个十分有用的性质:
正定矩阵A和半正定矩阵B可以同时对角化,即存在非奇异矩阵P使得:
P^TAP = I
P^TBP = D = diag(\lambda_1,...,\lambda_n)

证明:
A = Q^TQ 所以 (Q^{-1})^TAQ^{-1} = I
构造U使得(为什么存在呢?)
U^T(Q^{-1})^TBQ^{-1}U = diag(\lambda_1,...,\lambda_n)
并且构造P
P = Q^{-1}U。而P就是我们要的矩阵。

  1. 奇异值分解:
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