数学之美

    0000年01月04日    Mathematics    Math    字数:1428    评论数:0

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背景

在机器学习/数据挖掘的学习过程中,你总会遇到一些神奇的数学表达(聊起来很高大上,感觉巨难无比)。在这里,想把相关的额概念做一些总结,帮助我们更好地理解和学习数学这个‘大坑’!

Laplace平滑

中文名称:拉普拉斯平滑

在估计条件概率$P(X|Y)$时出现概率为0的情况怎么办?

简单来说:引入$λ,当λ=1$时称为拉普拉斯平滑。

Lipschitz条件

利普希茨连续条件(Lipschitz continuity),以德国数学家鲁道夫·利普希茨命名,是一个比通常连续更强的光滑性条件。 直觉上,利普希茨连续函数限制了函数改变的速度。 符合利普希茨条件的函数的斜率,必小于一个称为利普希茨常数的实数(该常数依函数而定)。

对于函数 $y=f(x)$ 在定义域为$D$上,如果存在$L∈R$ ,且$L>0$,对任意$x1,x2∈D$,有:

\begin{equation} |f(x_1)-f(f_x2)| <= L*|x_1-x_2| \end{equation}

定理的大白话翻译: 存在一个实数$L$,使得对于函数$f(x)$上的每对点,连接它们的线的斜率的绝对值不大于这个实数$L$。 最小的$L$称为该函数的Lipschitz常数,即$f(x)$在$D$上的Lipschitz常数

从这里可以看出,Lipschitz常数并不是固定不变的,而是依据具体的函数而定

举个栗子: $f(x)=|x|,K=1$ 符合利普希茨(Lipschitz)条件。 因为f(x)在x=0处是不可微的,由此可见符合Lipschitz条件的函数未必处处可微。

Jensen 不等式

Jensen不等式是关于凸函数性质的不等式,它和凸函数的定义是息息相关的。主要有以下两种应用场景:

  • Jensen不等式的两点形式(凸函数常规性质)

凸函数是一个定义在某个向量空间的凸子集$C$(区间)上的实值函数$f$,如果在其定义域$C$上的任意两点$x_1, x_2, 0<=\lambda<=1$ ,有

\[\lambda f(x_1)-(1-\lambda)f(x_2) \geq f(\lambda x_1+(1-\lambda)x_2)\]

若对于任意点集${x_i}$,若$\lambda_i \geq 0$且$\sum_{i=1} \lambda_i=1$

\[\begin{aligned} f(\sum_{i=1}^{M} \lambda_i x_i) \leq \sum_{i=1}^{M} \lambda_i f(x_i) \end{aligned}\]
  • 期望的大小判断

在概率论中,如果把$\lambda_i$看成取值为$x_i$的离散变量$X$的概率分布,那么可以写成

\[\begin{equation} f(E[x]) \leq E[f(x)] \end{equation}\]

其中, $E[·]$ 表示期望。


相关引用

  1. 拉普拉斯平滑处理 Laplace Smoothing
  2. Lipschitz常数、Lipschitz条件
  3. Jensen不等式-维基百科
  4. 如何理解 Jensen 不等式?

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