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数学与AI概述

人工智能是70%数学+30%代码,很多算法都是基于数学的,学好数理化,走遍天下都不怕

集合

1 ) 概念

  • 由一个或多个确定的元素所构成的整体叫做集合
  • 若x是集合A的元素,则记作x∈A。集合是指具有某种特定性质的具体的或抽象的对象汇总成的集体,这些对象称为该集合的元素
  • 用大写字母表示集合,小写字母表示集合中的元素。
  • 若x是集合S的元素,则称x属于S,记为x∈S。若y不是集合S的元素,则称y不属于S,记为y∉S。
  • 一般的我们把含有有限个元素的集合叫做有限集,含无限个元素的集合叫做无限集
  • 集合的表示方法:列举法、描述法、符合法
  • 如果集合A中含有n个元素,则集合A有2的n次方个子集,2的n次方-1个真子集,参考排列:$C_n^1 + C_n^2 + ... + C_n^n$
  • 无理数,也称为无限不循环小数,不能写作两整数之比。若将它写成小数形式,小数点之后的数字有无限多个,并且不会循环。 常见的无理数有非完全平方数的平方根、π和e(其中后两者均为超越数)等

2 ) 特征

  • 确定性(集合中的元素必须是确定的)。
  • 互异性(集合中的元素互不相同)。例如:集合A={1,a},则a不能等于1)。
  • 无序性(集合中的元素没有先后之分),如集合{3,4,5}和{3,5,4}算作同一个集合。

3 ) python代码演示

list1 = [2,5, 99, 5, 2]
print(list1) # [2, 5, 99, 5, 2]
print(set(list1)) # {2, 5, 99}

4 ) 集合的分类

空集

  • 有一类特殊的集合,它不包含任何元素,如${x|x∈R \ \ \ x^2+1=0}$ ,我们称之为空集,记为∅
  • 空集是个特殊的集合,它有2个特点:
    • 空集∅是任意一个非空集合的真子集。
    • 空集是任何一个集合的子集。
    • 空集是空集的子集。

非空集

  • 非负整数集合或自然数集合{0,1,2,3,…}, 记为 N
  • 正整数集合{1,2,3,…}, 记为 N*或N+
  • 整数集合{…,-1,0,1,…}, 记为 Z
  • 有理数集合, 记为 Q
  • 正有理数集合, 记为 Q+
  • 负有理数集合, 记为 Q-
  • 实数集合(包括有理数和无理数), 记为 R
  • 正实数集合, 记为 R+
  • 负实数集合, 记为 R-
  • 复数集合, 记为 C

5 ) 集合间的基本运算

  • 并集:由所有属于集合A或属于集合B的元素所组成的集合,记作A∪B(或B∪A),读作“A并B”(或“B并A”),即A∪B={x|x∈A,或x∈B}。并集越并越多。

  • 交集:由属于A且属于B的相同元素组成的集合,记作A∩B(或B∩A),读作“A交B”(或“B交A”),即A∩B={x|x∈A,且x∈B}。交集越交越少。若A包含B(B包含于A),则A∩B=B,A∪B=A

  • 补集

    • 相对补集:由属于A而不属于B的元素组成的集合,称为B关于A的相对补集,记作A-B或A\B,即A-B={x|x∈A,且x∉B}
    • 绝对补集:A关于全集合U的相对补集称作A的绝对补集,记作A'或CuA或~A。有U' = ∅; ∅'=U

函数

1 ) 概念

设A、B是非空的数集,如果按照某种确定的对应关系f,使得对于集合A中的任意一个元素x,在集合B中都有唯一确定的数y和它对应,那么就称映射f:A-->B为从集合A到集合B的一个函数,记作y = f(x) x∈A

其中x叫自变量,y叫做x的函数,集合A是函数的定义域,集合B是值域,f叫做对应法则

其中定义域、值域、对应法则是函数的三要素

2 ) 函数的三种表示方法

解析法 图像法 列表法

3 ) 函数的特性

  • 有界性

    • 设函数f(x)在区间X上有定义,如果存在M > 0,对于一切属于区间X上的x,恒有 | f(x) | ≤ M,则称f(x), 在区间X上有界,否则称f(x)在区间上无界
  • 单调性

    • 设函数f(x)的定义域为D,区间I包含于D。如果对于区间上任意两点x1及x2,当x1 < x2时,恒有f(x1) < f(x2),则称函数f(x)
    • 在区间I上是单调递增的;如果对于区间I上任意两点x1及x2,当x1 < x2时,恒有f(x1) > f(x2),则称函数f(x)
    • 在区间I上是单调递减的。单调递增和单调递减的函数统称为单调函数
  • 奇偶性

    • 设f(x)为一个实变量实值函数,若有f(-x) = - f(x),则f(x)为奇函数, 关于原点对称。
    • 几何上,一个奇函数关于原点对称,亦即其图像在绕原点做180度旋转后不会改变。
    • 设f(x)为一实变量实值函数,若有f(-x) = f(x),则f(x)为偶函数, 关于y轴对称。
    • 几何上,一个偶函数关于y轴对称,亦即其图在对y轴映射后不会改变。

4 ) 函数的导数

  • 如果函数f(x)在(a,b)中每一点处都可导,则称f(x)在(a,b)上可导,则可建立f(x)的导函数,简称导数,记为f'(x)
  • 函数y=f(x)在点x1处的导数的几何意义:
    • 函数y=f(x)在点x1处的导数是曲线y=f(x)在P(x1, f(x1))处的切线的斜率f'(x1)
    • 相应的切线方程是 y-y1 = f'(x1)(x - x1)

5 ) 复合函数(函数的嵌套)

y = f(t) t = g(x) y = f(g(x))

6 ) 常函数

y = C

C是常数

常函数是一条平行于x轴的直线

7 ) 一次函数

y = kx + b

k为一次项系数 b为常数

一次函数是一条直线

8 ) 二次函数

$y = ax^2 + bx + c$

a!=0

顶点坐标 $(-(b/2a), (4ac-b^2)/4a)$

开口方向由a来决定

抛物线与x轴的交点判断:$\Delta = b^2 - 4ac$

二次函数是抛物线,但抛物线不一定是二次函数。开口向上或者向下的抛物线才是二次函数。抛物线是轴对称图形。对称轴为直线x = -b/2a。对称轴与抛物线唯一的交点为抛物线的顶点P。特别地,当b=0时,抛物线的对称轴是y轴(即直线x=0)

使用python来画一条二次抛物线

import matplotlib as mpl 
import matplotlib.pyplot as plt 
import numpy as np 

x = np.linspace(-10, 10, 30)
y = x**2 + 3*x + 2

plt.plot(x,y)
plt.plot(0,0, marker='o')
plt.plot((0,3 ), (0, 3), linestyle='--')
plt.show()

结果如图


备注:图片托管于github,请确保网络的可访问性