
【化】 saddle point
鞍點(Saddle Point)是一個跨學科術語,在數學、物理學及工程學中具有重要應用。以下為基于漢英詞典視角的詳細解釋:
數學定義
鞍點是多元函數在某一方向呈現局部極大值,另一方向呈現局部極小值的臨界點。其英文對應為"saddle point",名稱源于馬鞍形狀的幾何特征。數學表達式為:
$$ f_x(a,b)=0,quad f_y(a,b)=0 $$ 但該點既非極值點也非極值點,如函數$f(x,y)=x-y$在原點處的特性。
幾何特征
在三維坐标系中,鞍點表現為雙曲抛物面形态,兩個正交方向分别呈現上凸和下凹的曲面結構,這種特性在工程力學中的薄殼結構分析中被廣泛應用。
應用領域
雙語對照擴展
權威詞典如《牛津數學詞典》将"saddle point"定義為:"A point on a surface which is a local maximum in some directions and a local minimum in others"(具有多方向極值特性的曲面點)。
擴展概念
現代研究中出現的"超鞍點"(Hyper Saddle Point)概念,用于描述高維空間中的複雜臨界狀态,相關研究可見于《非線性系統分析》專著。
鞍點是數學和優化問題中的一個重要概念,通常出現在多變量函數分析中。以下是詳細解釋:
鞍點是一個函數的臨界點(即梯度為零的點),但既不是局部極小值也不是局部極大值。其核心特征是:在該點的某個方向上是局部極大值,而在另一個正交方向上是局部極小值。
數學上,若函數 ( f(x)1, x_2, ..., x_n) ) 在點 ( P ) 處的梯度為零(( abla f(P) = 0)),且該點的Hessian矩陣(二階導數矩陣)是不定矩陣(即同時存在正負特征值),則 ( P ) 是鞍點。
鞍點得名于馬鞍的形狀。例如,雙曲抛物面 ( f(x, y) = x - y ) 在原點 ( (0,0) ) 處是一個鞍點:
在機器學習和優化問題中,鞍點可能導緻梯度下降算法停滞:
類型 | 梯度 | Hessian矩陣性質 |
---|---|---|
局部極小值 | 零 | 正定(所有特征值>0) |
局部極大值 | 零 | 負定(所有特征值<0) |
鞍點 | 零 | 不定(特征值有正有負) |
鞍點的存在是優化問題中需要克服的挑戰之一,尤其在非凸函數的高維空間中更為常見。理解其性質有助于設計更魯棒的優化算法。
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