數學基礎

導數(derivative)

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導數回答一個問題:如果我把輸入輕輕推動一點點,輸出會變得多快?它就是變化率、是斜率、是瞬間的陡峭程度。開車時,你的速度表顯示的正是一個導數——此刻你的里程在以多快的速度增加。爬山時,導數就是這一步腳下的地面有多陡。

想像把一條曲線不斷放大,直到它看上去幾乎成了一條直線;那條小直線的斜率,就是該點處的導數。導數為正,意味著輸入增大時輸出在上升;為負,意味著在下降;為零,則意味著你此刻恰好處在平地上——可能是山頂、谷底,或是一小段平台。最後那種情形格外珍貴,因為波峰和波谷就藏在這些平坦之處。

機器學習靠導數運轉。訓練一個模型,就是微調它內部的數字以縮小誤差,而誤差對每個數字的導數,會告訴你該往哪個方向推、又有多迫切。這正是梯度下降與反向傳播背後的整台引擎。一個老實的局限:導數只描述眼前這一小片鄰域。它告訴你腳下的坡度,卻說不清一英里之外的地形長什麼樣——這正是為什麼訓練要一小步一小步謹慎前行,而不是信心十足地縱身一躍。

對於曲線 y = x²,它的導數是 2x。在 x = 3 處,斜率是 6——正陡陡地上升。在 x = 0 處,斜率是 0——平坦,正是這隻碗的最底部。導數在 x 越過 0 時由負轉正,微積分正是憑這一點定位出那個最低點的。

y = x² 在任意點的斜率都是 2x;斜率歸零之處,就是這隻碗的碗底。

導數為零標記出一處平地,但單憑它本身,並不能告訴你那是極小值、極大值,還是只是一段路過的平台——還需更多資訊才能分辨。某些函數(比如帶尖角的)在某些點上根本就沒有導數。

又稱
导数導數rate of changeslope变化率