数学基础

导数(derivative)

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导数回答一个问题:如果我把输入轻轻推动一点点,输出会变得多快?它就是变化率、是斜率、是瞬间的陡峭程度。开车时,你的速度表显示的正是一个导数——此刻你的里程在以多快的速度增加。爬山时,导数就是这一步脚下的地面有多陡。

想象把一条曲线不断放大,直到它看上去几乎成了一条直线;那条小直线的斜率,就是该点处的导数。导数为正,意味着输入增大时输出在上升;为负,意味着在下降;为零,则意味着你此刻恰好处在平地上——可能是山顶、谷底,或是一小段平台。最后那种情形格外珍贵,因为波峰和波谷就藏在这些平坦之处。

机器学习靠导数运转。训练一个模型,就是微调它内部的数字以缩小误差,而误差对每个数字的导数,会告诉你该往哪个方向推、又有多迫切。这正是梯度下降与反向传播背后的整台引擎。一个老实的局限:导数只描述眼前这一小片邻域。它告诉你脚下的坡度,却说不清一英里之外的地形长什么样——这正是为什么训练要一小步一小步谨慎前行,而不是信心十足地纵身一跃。

对于曲线 y = x²,它的导数是 2x。在 x = 3 处,斜率是 6——正陡陡地上升。在 x = 0 处,斜率是 0——平坦,正是这只碗的最底部。导数在 x 越过 0 时由负转正,微积分正是凭这一点定位出那个最低点的。

y = x² 在任意点的斜率都是 2x;斜率归零之处,就是这只碗的碗底。

导数为零标记出一处平地,但单凭它本身,并不能告诉你那是极小值、极大值,还是只是一段路过的平台——还需更多信息才能分辨。某些函数(比如带尖角的)在某些点上根本就没有导数。

又称
导数導數rate of changeslope变化率