Punkte bei konstanten Scheiben von x 2 = f ( x 1 ) Zeilen
Scheiben von x 3 = f ( x 1 x 2 2 .
Ebenen bei konstanten Scheiben von x 4 = f ( x 1 x x 2 [19456501] x 3 ) .
( n - 1) -Dimensionale Niveausätze für Funktionen der Form f x 1 x 2 ..., x n ] = 1 x 1 + a 2 x 2 + ... + a n x n wobei ein [196590] war 03] 1 a 2 ..., a n sind Konstanten in ( n . + 1) -dimensionaler euklidischer Raum, für n = 1, 2, 3.
Punkte auf konstante Scheiben von x 2 = = = ] f ( x 1 ) .
. Konturkurven bei konstanten Scheiben von x 3 = f f ( x 1 x 2 ) .
Gebogene Oberflächen bei konstanten Scheiben von x 4 = f ( x 1 x 2 x 3 ] ] ( n - 1) -Dimensionale Niveausätze nichtlinearer Funktionen f ( x 1 x ] 2 ..., x n [19659021]) in ( n + 1) -dimensionaler euklidischer Raum, für n = 1, 2, 3.
In der Mathematik a ] Level-Set eine reellwertigen Funktion f von n reelle Variablen sind eine Reihe von der Form
dh eine Menge, bei der die Funktion einen bestimmten konstanten Wert annimmt c .
Wenn die Anzahl der Variablen zwei ist, ist ein Pegelsatz im Allgemeinen eine Kurve, die als Pegelkurve, Konturlinie oder Isolinie bezeichnet wird. Eine Pegelkurve ist also die Menge aller realwertigen Lösungen einer Gleichung in zwei Variablen x 1 und x 2 . Wenn n = 3 ist, wird eine Ebenheitsebene als ebene Fläche bezeichnet (siehe auch Isofläche), und für höhere Werte von n ist die Ebenheit eine ebene Hyperfläche. Eine Ebene ist also die Menge aller real bewerteten Wurzeln einer Gleichung in drei Variablen x 1 x 2 und x 3 und eine überhöhte Hyperfläche ist die Menge aller realwertigen Wurzeln einer Gleichung in n ( n > 3) Variablen.
Ein Level-Set ist ein Spezialfall einer Faser.
Alternative Namen [ edit ]
Pegelsätze werden in vielen Anwendungen angezeigt, oft unter verschiedenen Namen.
Beispielsweise ist eine implizite Kurve eine Pegelkurve, die unabhängig von ihren Nachbarkurven betrachtet wird, wobei hervorgehoben wird, dass eine solche Kurve durch eine implizite Gleichung definiert wird. Analog wird eine ebene Fläche manchmal als implizite Fläche oder Isofläche bezeichnet.
Es wird auch der Name Isocontour verwendet, was eine Kontur gleicher Höhe bedeutet. In verschiedenen Anwendungsbereichen haben Isokonturen spezifische Namen erhalten, die oft die Art der Werte der betrachteten Funktion angeben, wie Isobaren, Isothermen, Isogonen, Isochronen, Isoquanten und Indifferenzkurven.
Beispiele [ edit ]
Betrachten Sie den 2-dimensionalen euklidischen Abstand:
Ein zweites Beispiel ist die Darstellung der Funktion von Himmelblau, die in der Abbildung rechts dargestellt ist. Jede dargestellte Kurve ist eine Pegelkurve der Funktion, und sie sind logarithmisch beabstandet: Wenn eine Kurve repräsentiert stellt die Kurve direkt "innerhalb" und die Kurve direkt "außerhalb" repräsentiert .
Niveausätze gegen den Gradienten [ edit ]
- Satz: Wenn die Funktion unterscheidbar ist, ist der Gradient an einem Punkt entweder null oder senkrecht zu dem Punkt f zu diesem Zeitpunkt.
Um zu verstehen, was dies bedeutet, stellen Sie sich vor, dass sich zwei Wanderer am selben Ort auf einem Berg befinden. Einer von ihnen ist mutig und er beschließt, in die Richtung zu gehen, in der die Steigung am steilsten ist. Der andere ist vorsichtiger; er will weder klettern noch absteigen und wählt einen Pfad, der ihn auf gleicher Höhe hält. In unserer Analogie besagt der obige Satz, dass die beiden Wanderer senkrecht zueinander gehen.
Eine Konsequenz dieses Satzes (und seines Beweises) ist, dass, wenn f differenzierbar ist, ein Level-Set eine Hyperfläche und eine Mannigfaltigkeit außerhalb der kritischen Punkte von f ist. An einem kritischen Punkt kann ein festgelegter Pegel auf einen Punkt reduziert werden (z. B. an einem lokalen Extremum von f ) oder er kann a haben Singularität wie ein Selbstschnittpunkt oder eine Spitze.
Sublevel- und Superlevel-Sets [ edit ]
Ein Satz der Form
wird als Sublevel-Satz von f bezeichnet (oder alternativ als niedrigerer Satz oder Graben von f ).
wird als Superlevel-Satz von f . [2][3] bezeichnet. Sublevel-Sets sind in der Minimierungstheorie wichtig. Die Begrenzung einiger nicht-leerer Unterebenensätze und die Halbkontinuität der Funktion implizieren, dass eine Funktion nach Weierstrass 'Satz ihr Minimum erreicht. Die Konvexität aller Unterebenensätze kennzeichnet Quasikonvexfunktionen. [4]
Siehe auch [ edit ]
Referenzen [ edit
- ^ ] Simionescu, PA (2011). Msgstr "Einige Fortschritte bei der Visualisierung von eingeschränkten Funktionen und Ungleichungen zweier Variablen". Transaktionen des ASME - Journal of Computing und Informationswissenschaft in der Technik . 11 (1). doi: 10.1115 / 1.3570770.
- ^ Voitsekhovskii, M.I. (2001) [1994]"L / l058220", in Hazewinkel, Michiel, Enzyklopädie der Mathematik Springer Science + Business Media BV / Verlag Kluwer Academic Publishers, ISBN 978-1-55608-010-4 [19659305] ^ Weisstein, Eric W. "Level Set". MathWorld .
- ^ Kiwiel, Krzysztof C. (2001). "Konvergenz und Effizienz von Subgradientenmethoden zur Minimierung von Quasiconvex". Mathematische Programmierung, Serie A . 90 (1). Berlin, Heidelberg: Springer. S. 1–25. doi: 10.1007 / PL00011414. ISSN 0025-5610. MR 1819784.
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