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第566章 线性和非线性(1 / 2)

('线性与非线性的故事:魔法桥与迷宫之路

在一个神秘的王国里,有一座连接两个城市的桥,它是一条笔直的道路,所有旅人只要按照固定的方向行走,就一定能顺利到达目的地。可是,通往魔法城堡的道路却并不是这样,它是一座充满弯曲通道、隐藏门和迷宫的复杂城堡,只有聪明的冒险者才能找到正确的路径。

在数学和机器学习的世界里,这座笔直的桥就是“线性”关系,而错综复杂的迷宫就是“非线性”关系。

1. 什么是线性?(笔直的桥)

线性(Linear) 代表的是一种简单、可预测的关系,就像一座笔直的桥,旅人从起点出发,按照固定的方向前进,一定会抵达终点。

数学上,线性关系的公式一般是这样的:

其中:

? 是输入变量(比如人的身高、体重)。

? 是权重,决定了输入对结果的影响。

? 是偏置,调整整体水平。

在二维平面上,线性关系画出来的就是一条直线,在更高维度,它可能是一条平面或超平面,但本质上都是笔直的,没有弯曲。

线性的特点

? 简单易懂:所有的变化是匀速的、成比例的,不会突然拐弯或出现复杂变化。

? 可预测:只要知道输入,就可以直接计算出输出,没有意外情况。

? 局限性:不能处理复杂问题,比如分类问题(比如识别猫和狗)或非线性数据。

现实世界中的线性关系

1. 工资计算:如果你的工资是固定时薪 x 工作小时数,那么你的收入和工时呈线性关系。

2. 距离计算:如果你骑车的速度是 10 公里\\/小时,骑 2 小时就能骑 20 公里,这是一种线性关系。

3. 温度转换:摄氏温度和华氏温度的转换是线性关系:

只要知道摄氏度,就能直接计算华氏度,数据不会突然跳跃。

但在现实中,很多问题并不是线性的,比如股票价格、天气变化、人的喜好……这时候,我们需要“非线性”方法。

2. 什么是非线性?(魔法迷宫)

在王国的另一边,有一座魔法迷宫,通往城堡的道路不像桥那样直通,而是充满岔路、隐藏门和传送门,旅人需要尝试不同的路径,才能找到最终的出口。

这就像非线性(Non-linear)关系——输出结果不会随着输入的变化呈现简单的比例关系,而是可能有突变、拐弯、循环或复杂依赖。

数学上,非线性关系的公式可以是:

或者更复杂的:

这些公式中,变量被平方、取对数、做指数计算、加上三角函数,这导致输出的变化不像直线那样简单,而是弯曲、非对称,甚至可能有多个不同的结果。

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