
梯度(Gradient)是数学和物理学中的核心概念,其汉英词典释义与学科应用需结合语境理解:
在向量微积分中,梯度表示标量函数在空间各方向上的最大变化率。对于多元函数( f(x_1, x_2, ..., x_n) ),其梯度定义为: $$
abla f = left( frac{partial f}{partial x_1}, frac{partial f}{partial x_2}, ..., frac{partial f}{partial x_n} right) $$ 该向量指向函数值增长最快的方向,模长表示变化率(参考来源:《数学分析》高等教育出版社)。
机器学习中的应用
在优化算法(如梯度下降法)中,梯度用于调整模型参数以减少损失函数。例如,权重更新公式为: $$ theta_{t+1} = theta_t - eta cdot abla_theta J(theta) $$ 其中(eta)为学习率,( abla_theta J(theta))为损失函数对参数的梯度(参考来源:Stanford University CS229课程资料)。
物理学中的实例
温度场、电势场的梯度分别描述热传导方向和电场强度。例如静电场强度满足: $$ mathbf{E} = - abla phi $$ (phi)为电势,负号表示场强方向与电势升高方向相反(参考来源:《大学物理学》清华大学出版社)。
梯度是数学和物理学中极为重要的核心概念,在不同领域有具体含义:
一、数学中的梯度 在多元微积分中,梯度是标量场(如温度场、电势场)变化率的向量表达。设函数$f(x_1,x_2,...,x_n)$,其梯度定义为: $$
abla f = left( frac{partial f}{partial x_1}, frac{partial f}{partial x_2}, ..., frac{partial f}{partial x_n} right) $$ 这个向量指向函数值增长最快的方向,其模长表示变化率的最大值。例如函数$f(x,y)=x+y$的梯度$ abla f=(2x,2y)$,在点(1,1)处指向东北方向。
二、几何意义 在三维空间中,梯度向量垂直于函数的等高线/等值面。比如地形图中,梯度方向是山坡最陡的上升方向,等高线越密集处梯度模长越大。
三、机器学习应用 在优化算法中,梯度下降法通过$theta_{new} = theta - alpha abla J(theta)$迭代更新参数,其中$alpha$是学习率。负梯度方向是函数$J$下降最快的方向,这种特性被广泛应用于神经网络训练。
四、物理实例
梯度概念的本质是揭示标量场在空间中的非均匀性,其方向性和量值为分析场的变化规律提供了精确的数学工具。理解梯度有助于掌握多元函数的极值分析、物理场的相互作用等核心知识。
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