“学好数理化,走遍天下都不怕”。大家从小就开始学习数学,有没有在想学了那么多年数学了,到底这些数学知识用到哪里了?反正笔者从小就一直在问这个问题,到了大学学了工程数学才真正恍然大悟,原来数学可以用在各类工程上,在AI中也一样,可以说数学是学好AI的关键。 本系列主要涉及到大家从小学到大学所学的数学知识,以及实际是如何被用到现实AI应用场景上的。 本系列AI数学基础主要集中在以下几个主题:
代数基础3x + 2 = 8 熟悉吗?对,这就是方程式,求x的值,虽然简单,但我们还是来回忆下求解过程吧。 解:
验证答案,我们把x值代回方程式:3 * 2 + 2 = 8,Bingo! 完全正确,这就是我们的正解。 分配律 方程式:3(x + 2) = 18 分配律:3x + 6 = 18 解:
线性方程 之前的方程式只包含一个变量,求解很简单,但如果是两个或两个以上怎么办?如下线性方程: 3y + 2 = 3x − 4 该方程有两个互相依赖的变量,求解过程如下: 解:
由于没有一个特定的解,这里可以把解看成是x和y的任意取值对,在坐标系里体现就是一条直线。 通过坐标系来可视化这些点 斜率与截距 初等数学定义:斜率(gradient)就是一条直线的倾斜度(slope), 可以用(y2 - y1) / (x2 - x1)来计算。 在高等数学中,一条曲线(curve)在任何一点的斜率是函数在该点的导数(differentiation or derivative),数学符号是dy/dx。 gradient这个词大家在以后还会经常遇到,中文里我们还能称为梯度。 截距(intercept): 直线与X轴或Y轴的交点坐标,当然曲线也有截距。任何直线方程都可以写成双截距式:x/a + y/b = 1 其中的a和b,分别是直线在x轴和y轴上的截距。 算x轴的截距,只要令y=0,解出x,就得到了。 算y轴的截距,只要令x=0,解出y,就得到了。 经典表达式:y = kx + b 中的k就是斜率;b就是截距(y轴上的截距)。现通过图来表达: 指数、根数和对数 这个就不用多说了,直接上例子。 指数:3² = 9 根数:√9 = 3 对数:log(3)(9) = 2 多项式 在数学中,由若干个单项式相加组成的代数式叫做多项式(若有减法:减一个数等于加上它的相反数)。多项式中的每个单项式叫做多项式的项,这些单项式中的最高项次数,就是这个多项式的次数。其中多项式中不含字母的项叫做常数项。例如:12x³ + 2x − 16 多项式加、减、乘法比较简单就不说了,多项式除法: 因式分解 把一个多项式在一个范围(如实数范围内分解,即所有项均为实数)化为几个整式的积的形式,这种式子变形叫做这个多项式的因式分解,也叫作把这个多项式分解因式。 因式分解主要有十字相乘法,待定系数法,双十字相乘法,对称多项式,轮换对称多项式法,余式定理法等方法,求根公因式分解没有普遍适用的方法,初中数学教材中主要介绍了提公因式法、运用公式法、分组分解法。而在竞赛上,又有拆项和添减项法式法,换元法,长除法,短除法,除法等。举例: 平方差公式: 完全平方公式: 二次方程 二次方程是一种整式方程,其未知项的最高次数是2,且各项未知数的次数只能是自然数。比如根号x加x的平方等于1 ,这样未知数的次数含有非自然数,就不是一元二次方程了。如果一个二次方程只含有一个未知数 x,那么就称其为一元二次方程,其主要内容包括方程求解、方程图像、一元二次函数求最值三个方面;如果一个二次方程含有二个未知数x、y,那么就称其为二元二次方程,以此类推。 二次方程中最常见的是一元二次方程。它的基本表达式为: ,其中a为方程的二次项系数,b为一次项系数,c为常数。若a = 0,则该方程没有二次项,即变为一次方程。 图形表达如下: 函数 函数的定义:给定一个数集A,假设其中的元素为x。现对A中的元素x施加对应法则f,记作f(x),得到另一数集B。假设B中的元素为y。则y与x之间的等量关系可以用y=f(x)表示。我们把这个关系式就叫函数关系式,简称函数。函数概念含有三个要素:定义域A、值域B和对应法则f。其中核心是对应法则f,它是函数关系的本质特征。 函数特性如下:
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