
【化】 saddle point
鞍点(Saddle Point)是一个跨学科术语,在数学、物理学及工程学中具有重要应用。以下为基于汉英词典视角的详细解释:
数学定义
鞍点是多元函数在某一方向呈现局部极大值,另一方向呈现局部极小值的临界点。其英文对应为"saddle point",名称源于马鞍形状的几何特征。数学表达式为:
$$ f_x(a,b)=0,quad f_y(a,b)=0 $$ 但该点既非极值点也非极值点,如函数$f(x,y)=x-y$在原点处的特性。
几何特征
在三维坐标系中,鞍点表现为双曲抛物面形态,两个正交方向分别呈现上凸和下凹的曲面结构,这种特性在工程力学中的薄壳结构分析中被广泛应用。
应用领域
双语对照扩展
权威词典如《牛津数学词典》将"saddle point"定义为:"A point on a surface which is a local maximum in some directions and a local minimum in others"(具有多方向极值特性的曲面点)。
扩展概念
现代研究中出现的"超鞍点"(Hyper Saddle Point)概念,用于描述高维空间中的复杂临界状态,相关研究可见于《非线性系统分析》专著。
鞍点是数学和优化问题中的一个重要概念,通常出现在多变量函数分析中。以下是详细解释:
鞍点是一个函数的临界点(即梯度为零的点),但既不是局部极小值也不是局部极大值。其核心特征是:在该点的某个方向上是局部极大值,而在另一个正交方向上是局部极小值。
数学上,若函数 ( f(x)1, x_2, ..., x_n) ) 在点 ( P ) 处的梯度为零(( abla f(P) = 0)),且该点的Hessian矩阵(二阶导数矩阵)是不定矩阵(即同时存在正负特征值),则 ( P ) 是鞍点。
鞍点得名于马鞍的形状。例如,双曲抛物面 ( f(x, y) = x - y ) 在原点 ( (0,0) ) 处是一个鞍点:
在机器学习和优化问题中,鞍点可能导致梯度下降算法停滞:
类型 | 梯度 | Hessian矩阵性质 |
---|---|---|
局部极小值 | 零 | 正定(所有特征值>0) |
局部极大值 | 零 | 负定(所有特征值<0) |
鞍点 | 零 | 不定(特征值有正有负) |
鞍点的存在是优化问题中需要克服的挑战之一,尤其在非凸函数的高维空间中更为常见。理解其性质有助于设计更鲁棒的优化算法。
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