今天推导公式,发现居然有对矩阵的求导,狂汗--完全不会。不过还好网上有人总结了。吼吼,赶紧搬过来收藏备份。

基本公式:
Y = A * X --> DY/DX = A'
Y = X * A --> DY/DX = A
Y = A' * X * B --> DY/DX = A * B'
Y = A' * X' * B --> DY/DX = B * A'

1. 矩阵Y对标量x求导:

相当于每个元素求导数后转置一下,注意M×N矩阵求导后变成N×M了

Y = [y(ij)] --> dY/dx = [dy(ji)/dx]

2. 标量y对列向量X求导:

注意与上面不同,这次括号内是求偏导,不转置,对N×1向量求导后还是N×1向量

y = f(x1,x2,..,xn) --> dy/dX = (Dy/Dx1,Dy/Dx2,..,Dy/Dxn)'

3. 行向量Y'对列向量X求导:

注意1×M向量对N×1向量求导后是N×M矩阵。

将Y的每一列对X求偏导,将各列构成一个矩阵。

重要结论:

dX'/dX = I

d(AX)'/dX = A'

4. 列向量Y对行向量X’求导:

转化为行向量Y’对列向量X的导数,然后转置。

注意M×1向量对1×N向量求导结果为M×N矩阵。

dY/dX' = (dY'/dX)'

5. 向量积对列向量X求导运算法则:

注意与标量求导有点不同。

d(UV')/dX = (dU/dX)V' + U(dV'/dX)

d(U'V)/dX = (dU'/dX)V + (dV'/dX)U'

重要结论:

d(X'A)/dX = (dX'/dX)A + (dA/dX)X' = IA + 0X' = A

d(AX)/dX' = (d(X'A')/dX)' = (A')' = A

d(X'AX)/dX = (dX'/dX)AX + (d(AX)'/dX)X = AX + A'X

6. 矩阵Y对列向量X求导:

将Y对X的每一个分量求偏导,构成一个超向量。

注意该向量的每一个元素都是一个矩阵。

7. 矩阵积对列向量求导法则:

d(uV)/dX = (du/dX)V + u(dV/dX)

d(UV)/dX = (dU/dX)V + U(dV/dX)

重要结论:

d(X'A)/dX = (dX'/dX)A + X'(dA/dX) = IA + X'0 = A

8. 标量y对矩阵X的导数:

类似标量y对列向量X的导数,

把y对每个X的元素求偏导,不用转置。

dy/dX = [ Dy/Dx(ij) ]

重要结论:

y = U'XV = ΣΣu(i)x(ij)v(j) 于是 dy/dX = [u(i)v(j)] = UV'

y = U'X'XU 则 dy/dX = 2XUU'

y = (XU-V)'(XU-V) 则 dy/dX = d(U'X'XU - 2V'XU + V'V)/dX = 2XUU' - 2VU' + 0 = 2(XU-V)U'

9. 矩阵Y对矩阵X的导数:

将Y的每个元素对X求导,然后排在一起形成超级矩阵。

10.乘积的导数

d(f*g)/dx=(df'/dx)g+(dg/dx)f'

结论

d(x'Ax)=(d(x'')/dx)Ax+(d(Ax)/dx)(x'')=Ax+A'x   (注意:''是表示两次转置)

比较详细点的如下:

http://lzh21cen.blog.163.com/blog/static/145880136201051113615571/

http://hi.baidu.com/wangwen926/blog/item/eb189bf6b0fb702b720eec94.html

其他参考:

Contents

  • Notation
  • Derivatives of Linear Products
  • Derivatives of Quadratic Products

Notation

  • d/dx (y) is a vector whose (i) element is dy(i)/dx
  • d/dx (y) is a vector whose (i) element is dy/dx(i)
  • d/dx (yT) is a matrix whose (i,j) element is dy(j)/dx(i)
  • d/dx (Y) is a matrix whose (i,j) element is dy(i,j)/dx
  • d/dX (y) is a matrix whose (i,j) element is dy/dx(i,j)

Note that the Hermitian transpose is not used because complex conjugates are not analytic.

In the expressions below matrices and vectors ABC do not depend on X.

Derivatives of Linear Products

  • d/dx (AYB) =A * d/dx (Y) * B
    • d/dx (Ay) =A * d/dx (y)
  • d/dx (xTA) =A
    • d/dx (xT) =I
    • d/dx (xTa) = d/dx (aTx) = a
  • d/dX (aTXb) = abT
    • d/dX (aTXa) = d/dX (aTXTa) = aaT
  • d/dX (aTXTb) = baT
  • d/dx (YZ) =Y * d/dx (Z) + d/dx (Y) * Z

Derivatives of Quadratic Products

  • d/dx (Ax+b)TC(Dx+e) = ATC(Dx+e) + DTCT(Ax+b)
    • d/dx (xTCx) = (C+CT)x
      • [C: symmetric]: d/dx (xTCx) = 2Cx
      • d/dx (xTx) = 2x
    • d/dx (Ax+b)T (Dx+e) = AT (Dx+e) + DT (Ax+b)
      • d/dx (Ax+b)T (Ax+b) = 2AT (Ax+b)
    • [C: symmetric]: d/dx (Ax+b)TC(Ax+b) = 2ATC(Ax+b)
  • d/dX (aTXTXb) = X(abT + baT)
    • d/dX (aTXTXa) = 2XaaT
  • d/dX (aTXTCXb) = CTXabT + CXbaT
    • d/dX (aTXTCXa) = (C + CT)XaaT
    • [C:Symmetricd/dX (aTXTCXa) = 2CXaaT
  • d/dX ((Xa+b)TC(Xa+b)) = (C+CT)(Xa+b)aT

Derivatives of Cubic Products

  • d/dx (xTAxxT) = (A+AT)xxT+xTAxI

Derivatives of Inverses

  • d/dx (Y-1) = -Y-1d/dx (Y)Y-1

Derivative of Trace

Note: matrix dimensions must result in an n*n argument for tr().

  • d/dX (tr(X)) = I
  • d/dX (tr(Xk)) =k(Xk-1)T
  • d/dX (tr(AXk)) = SUMr=0:k-1(XrAXk-r-1)T
  • d/dX (tr(AX-1B)) = -(X-1BAX-1)T
    • d/dX (tr(AX-1)) =d/dX (tr(X-1A)) = -X-TATX-T
  • d/dX (tr(ATXBT)) = d/dX (tr(BXTA)) = AB
    • d/dX (tr(XAT)) = d/dX (tr(ATX)) =d/dX (tr(XTA)) = d/dX (tr(AXT)= A
  • d/dX (tr(AXBXT)) = ATXBT + AXB
    • d/dX (tr(XAXT)) = X(A+AT)
    • d/dX (tr(XTAX)) = XT(A+AT)
    • d/dX (tr(AXTX)) = (A+AT)X
  • d/dX (tr(AXBX)) = ATXTBT + BTXTAT
  • [C:symmetricd/dX (tr((XTCX)-1A) = d/dX (tr(A (XTCX)-1) = -(CX(XTCX)-1)(A+AT)(XTCX)-1
  • [B,C:symmetricd/dX (tr((XTCX)-1(XTBX)) = d/dX (tr( (XTBX)(XTCX)-1) = -2(CX(XTCX)-1)XTBX(XTCX)-1 + 2BX(XTCX)-1

Derivative of Determinant

Note: matrix dimensions must result in an n*n argument for det().

  • d/dX (det(X)) = d/dX (det(XT)) = det(X)*X-T
    • d/dX (det(AXB)) = det(AXB)*X-T
    • d/dX (ln(det(AXB))) = X-T
  • d/dX (det(Xk)) = k*det(Xk)*X-T
    • d/dX (ln(det(Xk))) = kX-T
  • [Real] d/dX (det(XTCX)) = det(XTCX)*(C+CT)X(XTCX)-1
    • [CReal,Symmetricd/dX (det(XTCX)) = 2det(XTCX)* CX(XTCX)-1
  • [CReal,Symmetriccd/dX (ln(det(XTCX))) = 2CX(XTCX)-1

Jacobian

If y is a function of x, then dyT/dx is the Jacobian matrix of y with respect to x.

Its determinant, |dyT/dx|, is the Jacobian of y with respect to x and represents the ratio of the hyper-volumes dy and dx. The Jacobian occurs when changing variables in an integration: Integral(f(y)dy)=Integral(f(y(x)) |dyT/dx| dx).

Hessian matrix

If f is a function of x then the symmetric matrix d2f/dx2 = d/dxT(df/dx) is the Hessian matrix of f(x). A value of x for which df/dx = 0 corresponds to a minimum, maximum or saddle point according to whether the Hessian is positive definite, negative definite or indefinite.

  • d2/dx2 (aTx) = 0
  • d2/dx2 (Ax+b)TC(Dx+e) = ATCD + DTCTA
    • d2/dx2 (xTCx) = C+CT
      • d2/dx2 (xTx) = 2I
    • d2/dx2 (Ax+b)T (Dx+e) = ATD + DTA
      • d2/dx2 (Ax+b)T (Ax+b) = 2ATA
    • [C: symmetric]: d2/dx2 (Ax+b)TC(Ax+b) = 2ATCA  
http://www.psi.toronto.edu/matrix/calculus.html
 

[zt]矩阵求导公式的更多相关文章

  1. 机器学习基石:Homework #0 SVD相关&常用矩阵求导公式

  2. AI 矩阵求导

    矩阵求导 参考链接: https://en.wikipedia.org/wiki/Matrix_calculus#Scalar-by-vector_identities

  3. Floating-Point Hazard【求导公式】

    Floating-Point Hazard 题目链接(点击) 题目描述 Given the value of low, high you will have to find the value of ...

  4. 【Math】矩阵求导

    https://en.wikipedia.org/wiki/Matrix_calculus http://blog.sina.com.cn/s/blog_7959e7ed0100w2b3.html

  5. 关于 RNN 循环神经网络的反向传播求导

    关于 RNN 循环神经网络的反向传播求导 本文是对 RNN 循环神经网络中的每一个神经元进行反向传播求导的数学推导过程,下面还使用 PyTorch 对导数公式进行编程求证. RNN 神经网络架构 一个 ...

  6. OO_BLOG1_简单表达式求导问题总结

    作业1-1 包含简单幂函数的多项式导函数的求解 I. 基于度量的程序结构分析 1)程序结构与基本度量统计图 2)分析 ​ 本人的第一次作业的程序实现逻辑十分简单,但是OOP的色彩并不强烈,程序耦合度过 ...

  7. 向量的L2范数求导

    回归中最为基础的方法, 最小二乘法. \[ \begin{align*} J_{LS}{(\theta)} &= \frac { 1 }{ 2 } { \left\| A\vec { x } ...

  8. 2019 OO第一单元总结(表达式求导)

    一. 基于度量的程序结构分析 1. 第一次作业 这次作业是我上手的第一个java程序,使用了4个类来实现功能.多项式采用两个arraylist来存,系数和幂指数一一对应. private ArrayL ...

  9. Pytorch之Variable求导机制

    自动求导机制是pytorch中非常重要的性质,免去了手动计算导数,为构建模型节省了时间.下面介绍自动求导机制的基本用法. #自动求导机制 import torch from torch.autogra ...

随机推荐

  1. FAST特征点检测

    Features From Accelerated Segment Test 1. FAST算法原理 博客中已经介绍了很多图像特征检测算子,我们可以用LoG或者DoG检测图像中的Blobs(斑点检测) ...

  2. loj 1412(树上最长直径的应用)

    题目链接:http://lightoj.com/volume_showproblem.php?problem=1412 思路:好久没写题解了,有点手生,这题从昨天晚上wa到现在终于是过了...思想其实 ...

  3. 基于XMPP协议的Android即时通信系

    以前做过一个基于XMPP协议的聊天社交软件,总结了一下.发出来. 设计基于开源的XMPP即时通信协议,采用C/S体系结构,通过GPRS无线网络用TCP协议连接到服务器,以架设开源的Openfn'e服务 ...

  4. select 框option添加属性 js计算价格 保持两位小数

    <select name="" id=""> <volist name="v['childList']" id=" ...

  5. 用PHP链接mysql数据库

    PHP提供了两套数据库可用于访问mysql数据库 1)MySQL扩展函数数据库 2)MySQLI扩展数据库(improved) 使用MySQLI函数访问MySQL数据库步骤 1)链接数据库管理系统 m ...

  6. Ubuntu mysql

    To install mysql database in the ubuntu:    1. sudo apt-get install mysql-server 2. apt-get isntall ...

  7. [bzoj4514]数字配对[费用流]

    今年SDOI的题,看到他们在做,看到过了一百多个人,然后就被虐惨啦... 果然考试的时候还是打不了高端算法,调了...几天 默默地yy了一个费用流构图: 源连所有点,配对的点连啊,所有点连汇... 后 ...

  8. EF框架step by step(2)—Model-First

    这一篇主要说一下EF框架中,Model First做法,仍然采用上一篇的案例.但增加评论功能.首先打开Blog.edmx文件,在空白处右键,添加新实体Comment,如下图示: 点击确定,关闭窗口. ...

  9. ural 1144. The Emperor's Riddle

    1144. The Emperor's Riddle Time limit: 1.0 secondMemory limit: 4 MB Background In the olden times th ...

  10. Eclipse: JPA problem: Eclipse does not recognize content of persistence.xml

    Link: http://stackoverflow.com/questions/3701901/eclipse-does-not-recognize-content-of-persistence-x ...