【数学原理】Hessian Matrix

在工程实际问题的优化设计中,所列的目标函数往往很复杂,为了使问题简化,常常将目标函数在某点邻域展开成泰勒多项式来逼近原函数。

二元函数的黑塞矩阵

由高等数学知识可知,若一元函数点的某个邻域内具有任意阶导数,则点处的泰勒展开式为:

,其中。二元函数

点处的泰勒展开式为:

其中,。将上述展开式写成矩阵形式,则有:

即:其中:

点处的黑塞矩阵。它是由函数点处的二阶偏导数所组成的方阵。

多元函数的黑塞矩阵

将二元函数的泰勒展开式推广到多元函数,则点处的泰勒展开式的矩阵形式为:

其中:
       (1),它是点处的梯度。

       (2)为函数点处的黑塞矩阵。

黑塞矩阵是由目标函数在点X处的二阶偏导数组成的阶对称矩阵。

利用黑塞矩阵判定多元函数的极值

定理

设n多元实函数在点的邻域内有二阶连续偏导,若有:

并且则有如下结果:

(1)当A正定矩阵时,处是极小值;

(2)当A负定矩阵时,处是极大值

(3)当A不定矩阵时,不是极值点。

(4)当A为半正定矩阵或半负定矩阵时,是“可疑”极值点,尚需要利用其他方法来判定。

实例

求三元函数的极值。

解:因为,故该三元函数的驻点是。又因为,故有:因为A是正定矩阵,故是极小值点,且极小值

如何理解矩阵特征值和特征向量?:https://www.matongxue.com/madocs/228.html

Hessian矩阵以及在图像中的应用:https://blog.csdn.net/lwzkiller/article/details/55050275

海森矩阵(Hessian Matrix)及一个用例(图像增强):https://blog.csdn.net/u013921430/article/details/79770458

opencv3.2 SURF实现特征点匹配:https://blog.csdn.net/xxzxxzdlut/article/details/72926011

QT creator+OpenCV2.4.2+MinGW 在windows下开发环境配置:
                                                        https://www.cnblogs.com/liu-jun/archive/2012/09/26/Jacky_Liu.html

OpenCV 3.1.0 + opencv_contrib编译(Windows):https://blog.csdn.net/taily_duan/article/details/53423629

qt5(mingw版) opencv3.0(含contrib扩展)配置详解:https://blog.csdn.net/xiaonuo911teamo/article/details/79934319

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