数学

Jacobi 矩阵的布局

在不同的教科书中,Jacobi 矩阵

分子布局

分子布局(numerator layout):对于多元向量值函数 y = f(x),约定其分子布局为

f'(x) = \left[ \frac{\partial y_i}{\partial x_j} \right] = \begin{bmatrix} \frac{\partial y_1}{\partial x_1} & \frac{\partial y_1}{\partial x_2} & \cdots & \frac{\partial y_1}{\partial x_n} \\ \frac{\partial y_2}{\partial x_1} & \frac{\partial y_2}{\partial x_2} & \cdots & \frac{\partial y_2}{\partial x_n} \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ \frac{\partial y_m}{\partial x_1} & \frac{\partial y_m}{\partial x_2} & \cdots & \frac{\partial y_m}{\partial x_n} \end{bmatrix}.

这种布局也是在陈纪修《数学分析》中出现的布局。

特点

在分子布局下,微分关系

\mathrm{d} y = f'(x) \mathrm{d} x

仍然成立。

由此,梯度是一个行向量。对于多元函数 y = f(\boldsymbol{x}),其梯度为

\nabla f = \begin{bmatrix} \frac{\partial f}{\partial x_1} & \cdots & \frac{\partial f}{\partial x_n} \end{bmatrix}.

名称由来和记忆法

当我们以列向量为中心时,分子布局保持分子的形状。即,如果 \boldsymbol{y} = \boldsymbol{f}(x) 是一个一元向量值函数,其中 \boldsymbol{y} 为列向量,那么分子布局保持 Jacobi 矩阵 \boldsymbol{f}'(x) 的形状和 \frac{\partial \boldsymbol{y}}{\partial x} 的分子 \boldsymbol{y} 形状相同。

分母布局

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