news 2026/5/14 17:46:51

TensorFlow - 数学基础

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张小明

前端开发工程师

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TensorFlow - 数学基础

摘要:TensorFlow数学基础包括向量、标量和矩阵等核心概念。向量是多维数组,具有大小和方向;标量是仅含大小的单维向量;矩阵是按行列排列的多维数组。关键运算包括:矩阵加法(同维矩阵对应元素相加)、矩阵减法(类似加法)、矩阵乘法(需满足维度匹配条件)、矩阵转置(行列互换)以及向量点积(对应分量乘积之和)。这些数学概念是构建TensorFlow机器学习算法的基础,为数据表示和运算提供了理论支持。

目录

TensorFlow - 数学基础

向量

向量的表示

向量空间

标量

矩阵

数学运算

矩阵加法

矩阵减法

矩阵乘法

矩阵的转置

向量的点积


TensorFlow - 数学基础

在 TensorFlow 中创建基础应用程序之前,掌握其所需的数学概念至关重要。数学被视作所有机器学习算法的核心,借助数学的核心概念,才能为特定的机器学习算法制定解决方案。

向量

向量被定义为一组连续或离散的数字构成的数组。为了生成更优的输出结果,机器学习算法会处理固定长度的向量。机器学习算法常处理多维数据,因此向量发挥着关键作用。

向量的表示

图形表示:大小与方向长度即大小向量模型的图形表示如下所示:

向量空间

标量

标量可被定义为一维向量,这类量仅包含大小,没有方向,我们研究标量时也只关注其大小。标量的例子包括儿童的体重、身高等参数。

矩阵

矩阵被定义为按行和列排列的多维数组,其尺寸由行数和列数确定。下图展示了任意指定矩阵的表示形式:

对于上述具有 m 行 n 列的矩阵,其表示形式记为 m×n 矩阵,该记法也同时定义了矩阵的维度。

数学运算

本节我们将学习 TensorFlow 中各类不同的数学运算。

矩阵加法

只有维度相同的两个或多个矩阵才能进行加法运算,矩阵加法指的是将对应位置的元素分别相加。通过以下例子理解矩阵加法的运算规则:示例:

矩阵减法

矩阵减法的运算规则与加法类似,只有维度相同的矩阵才能做减法运算。示例:

矩阵乘法

对于两个矩阵 A(m×n)和 B(p×q),仅当 n 等于 p 时才可进行乘法运算,运算后得到的结果矩阵为 C(m×q)。示例:

矩阵的转置

m×n 阶矩阵 A 的转置矩阵通常记为 A^T,转置后得到 n×m 阶矩阵,其求解方式是将原矩阵的列向量转换为行向量。示例:

向量的点积

任意 n 维向量都可表示为矩阵形式 v = R^(n×1)。设 v1 = [v11 v12・・・v1n],v2 = [v21 v22・・・v2n]

两个向量的点积是其对应维度分量的乘积之和,表达式为:

通过以下例子理解向量点积的运算规则:示例:

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