本文重点
在现代数学和计算科学中,向量是一个极其重要的概念。向量不仅在数学、物理等基础学科中发挥着关键作用,而且在机器学习、数据分析和人工智能等前沿领域也扮演着不可或缺的角色。在向量空间中,范数是一个用于衡量向量“大小”或“长度”的函数,它为我们提供了一种量化向量特性的方式。
什么是向量的范数
范数(Norm)是数学中向量空间、矩阵上或者其他数学对象中一个函数,将向量映射到非负实数的长度或大小。对于任意向量x,其范数通常记作‖x‖或|x|。根据定义方式和应用场景的不同,范数有多种形式,但它们都需要满足一定的条件。
常见的范数
如上所示是向量的定义,可以将其称为L-p范数。p的不同就决定了不同的参数:
当p=1时,此时是L1范数,L1范数是所有分量的绝对值之和
当p=2时,此时是L2范数(欧几里得范数),L2范数也被称为向量的模,或者是向量的长度
当p=∞时,此时是L∞范数,即分量绝对值的最大值,L∞范数是L-P范数的极限
向量范数的性质
向量范数具有一系列重要的性质,这些性质在理论分析和实际应用中都发挥着重要作用。
唯一性:在给定范数定义下,一个向量的范数是唯一的。
连续性:范数函数是连续的,即当向量x趋近于向量y时,‖x‖也趋近于‖y‖。
对偶性:在某些范数定义下,向量的范数与其对偶向量的范数之间存在一定的关系。
凸性:范数函数是凸函数,这一性质在优化问题中具有重要作用。
范数标准化
对于一个非零向量,通过数乘向量模的倒数,可以将向量标准化,使得向量的长度为1:
将一个二维向量的L1范数、L2范数、L∞范数标准化,将其可视化,它们的区别如下:
如果是一个三维向量,将其可视化,它们的区别如下:
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