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機械学習も筋肉が大事?意外と知らない数学
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Kimikazu Kato
September 11, 2019
Technology
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990
機械学習も筋肉が大事?意外と知らない数学
2019/9/11 みんなのPython勉強会でしゃべったときの資料です。
機械学習の話も筋肉の話もせず、ただひたすら数学の話をしました。
Kimikazu Kato
September 11, 2019
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Transcript
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Q: ແݶʢ∞ʣͳͷͰ͔͢ʁ A: ʮʯͰͳ͍ͱΈΔͷ͕ҰൠతͰ͢ ∞ ∉ ℝ
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ℝ 0 < x < δ f(x) > R ͷਖ਼֬ͳఆٛ ʮҙͷ ʹ͍ͭͯ ͕ଘࡏͯ͠ ͳΒ Ͱ͋Δʯ ҎԼɺԿݴͬͯΔ͔Θ͔Βͳ͍ਓͷͨΊͷऍ 2ਓʹΑΔήʔϜΛߟ͑Δ ϓϨΠϠAɿ࣮ R ΛҰͭબΜͰఏࣔ͢Δ ϓϨΠϠBɿϓϨΠϠAͷఏࣔͷ͋ͱʹ࣮ δ ΛҰͭબΜͰఏࣔ͢Δ 0 < x < δ f(x) > R ͳΒ ʯ ͜ͷͱ໋͖ʮ ͕ΓཱͯϓϨʔϠBͷউͪ lim x→+0 f(x) = ∞ Ͱ͋Δͱɺͭ·ΓϓϨΠϠB͕ඞউͰ͋Δ͜ͱ ʢϓϨΠϠA͕Ұੜݒ໋ҙѱͯ͠উͯͳ͍ʣ ϧʔϧɿ
ҙ ֶͱ࣮ผ >>> 0/0 Traceback (most recent call last): File
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Q: ೋ࣍ܗࣜͷϔοηߦྻͷܭࢉ͕Θ͔Γ·ͤΜ ʢʮػցֶशͷΤοηϯεʯp168ʣ A: ͖ͪΜͱ͝ͱʹҙࣝͯ͠ܭࢉ͠·͠ΐ͏ ҎԼॻ੶ΑΓஸೡʹઆ໌͠·͢
f(x) = xT Ax ͷͱ͖ͷ ∇2f ΛٻΊ͍ͨ f(x) = n
∑ i=1 n ∑ j=1 aij xi xj ͳͷͰɺ͜ΕΛ Ͱภඍ͍ͨ͠ xk (k = 1,2,…, n) A͕ରশߦྻͱͯ͠ i ≠ k, j ≠ k ͷͱ͖ ∂ ∂xk (aij xi xj ) = 0 ͋ͱɺi, jͷҰํ͕kͷͱ͖ɺ྆ํ͕kͷͱ͖ʹ ͚ͯܭࢉ͢ΕΑ͍
∂f ∂xk = ∂ ∂xk akk x2 k + ∑
j≠k aik xi xk + ∑ i≠k akj xk xj = 2akk xk + ∑ j≠k aik xi + ∑ i≠k akj xj = 2akk xk + ∑ j≠k aki xi + ∑ i≠k akj xj = 2akk xk + 2∑ j≠k aki xi = 2 n ∑ i=1 aki xi ∇f = 2∑n i=1 a1i xi 2∑n i=1 a2i xi ⋮ 2∑n i=1 ani xi = 2Ax ↑͜͜ͰA͕ରশͰ͋Δ͜ͱΛͬͨ ∇2f ͱɺ ∇f ͷ֤Λ xl (l = 1,2,…, n) Ͱภඍͨ͠ͷ
∂ ∂xl ( 2 n ∑ i=1 aki xi) ∂
∂xl (aki xi) = 0 i ≠ l ͷͱ͖ Λܭࢉ͍ͨ͠ɻ ͳͷͰ ͷͱ͖͚ͩΛߟྀ͢ΕΑ͍ i = l ∂ ∂xl ( 2 n ∑ i=1 aki xi) = ∂ ∂xl (2akl xl) = 2akl ∇f ͜Εɺ ͷk൪ͷΛ xl Ͱภඍͨ͠ͷͳͷͰ ͭ·Γ ∇2f ͷ (k, l) ∇2f ͷ ͕ (k, l) ͭ·Γ 2akl ͱ͍͏͜ͱ ∇2f = 2A
Q: ࠷খೋ๏ͷܭࢉ A: ͖͞΄Ͳͷܭࢉ͕ʹཱͪ·͢ E(w) = ∥y − Xw∥2 ͷͱ͖
∇E = − 2XTy + XT Xw ͕Θ͔Γ·ͤΜɻ ʢˡ࣮͜ͷεϥΠυͷ४උதʹޡ২͕ݟ͔ͭͬͨʣ
E(w) = ∥y − Xw∥2 = (y − Xw) T
(y − Xw) = (yT − (Xw)T) (y − Xw) = (yT − wT XT) (y − Xw) = yTy − yT Xw − wT XTy + wT XT Xw ∇E = − 2XTy + 2XT Xw ∇(yT Xw) = XTy ∇(wT XTy) = XTy } ∇(wT XT Xw) = 2XT Xw ࣗͰܭࢉͯ͠ΈΑ͏ ʢͦΜͳʹ͘͠ͳ͍ͣʣ ͖͞΄Ͳͷೋ࣍ܗࣜͷܭࢉͱಉ͡ Αͬͯ
·ͱΊ • ఆٛʹͬͯߟ͑Δ͜ͱ͕༗ޮͳ͜ͱ͋Δ • ֶͷཧͱίϯϐϡʔλ্ͷ࣮ผ • ʮࣗવͳ֦ுʯͷߟ͑ํΛ͓ͬͯ͜͏ • ϔοηߦྻͷܭࢉɺҰͭҰͭΛߟ͑ΔͱͦΕ΄Ͳ ͘͠ͳ͍͔Αʢʁʣ