多元函数的泰勒(Taylor)展开式

实际优化问题目标函数往往比较复杂,简化问题通常将目标函数在某点附近展开为Taylor多项式来逼近原函数:
一元函数在点 xk 处的泰勒展开为:

f(x)=f(xk)+(xxk)f(xk)+12!(xxk)2f′′(xk)+on

二元函数在点 (xk,yk) 处的泰勒展开为:
f(x,y)=f(xk,yk)+(xxk)fx(xk,yk)+(yyk)fy(xk,yk)+12!(xxk)f′′xx(xk,yk)+12!(xxk)(yyk)f′′xy(xk,yk)+12!(xxk)(yyk)f′′yx(xk,yk)+12!(yyk)f′′yy(xk,yk)+on

⋅多元函数在点 xk 处的泰勒展开为:
f(x1,x2,,xn)=f(x1k,x2k,,xnk)+i=1n(xixik)fxi(x1,x2,,xn)+12!i,j=1n(xixik)(xjxjk)f′′ij(x1,x2,,xn)

Taylor展开矩阵形式表达为:

f(x)=f(xk)+[f(xk)]T(xxk)+12![xxk]TH(xk)[xxk]+on

其中:
H(xk)=2f(xk)x212f(xk)x2x12f(xk)xnx12f(xk)x1x22f(xk)x222f(xk)xnx22f(xk)x1xn2f(xk)x2xn2f(xk)x2n

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