高斯函数

高斯函数[x]

程乐根

1

一、定义

,[][]R x R x x y x Z ∈=1、定义：设用表示不超过的最大整数。

通常称函数为取整函数，也叫高斯函数。显然，其定义域是，值域是。

{}=[]{}R [0,1)x x x y x x -=2、进一步，记则称函数为小数部分函数，它表示的是的小数部分，

显然，其定义域是，值域是。

2

二、高斯函数y=[x]的性质

121212121212**,1[].

[],,,[][].

,[][],().,,[][][].,[][],().

[]

,[][],().

x R x x x y x x x R x x x x m Z m x m x x R x x R x x x x n N nx n x x R x x n N x R n n

?∈-<≤=?∈≤≤∈+=+∈∈+≥+∈≥∈∈=∈性质1：性质2：函数是不减的函数，即若则性质3：若则有其中性质4：若则性质5：若则其中性质6：若则其中3

二、高斯函数y=[x]的性质

**23,[1,][],![][][]...

n N x x x

n n n N n n n n

p p p p

∈∈+++定理1：若是正实数，则在区间中内，

恰有个整数是的倍数。

定理2：：若则在的质因数分解式中，

质数的指数是4

三、函数y={x}的性质

*{}0.

,{}{},().,,,

0,{}{}.

x x Z m Z m x x x R m aq r m Z a N m r

r a a a

=∈∈+=∈=+∈∈≤<=性质1：的充要条件是性质2：若则有其中性质3：若则53[] 3.(20)

x x -=例1：解方程：第届莫斯科数学竞赛题6

2[]lg [lg ]20995x x x x --=例2：用表示不大于实数的最大整数，方程的实根的个数是多少？（1年全国高中数学联赛试题）

72004!0例3：求末尾的的个数。

8

11,2,2!().

k n k n n --=例4：求证：当且仅当存在某个正整数使得时能整除加拿大数学奥林匹克试题9222005,[]([])[1,]n x x x x n -=-例设为一个正整数问方程在区间上有多少个解？

10

6.[][2][4][8][16][32]12345x x x x x x +++++=例求证：方程无实数解。

[]x 分析:本题是一道关于高斯函数的证明题，证明的关键是将适当变形，用反证法加以证明。

11[][2][3][].,0,:[].123(10)

x x x nx n N x nx n

*∈≥≥++++ 例7对任意证明第届美国数学竞赛题12

[]x y y x y y x ++=++例8：的正整数解中，使为质数的解有多少个？

139{}{1.2}0.2,{0.3}0.7{lg(2)}{lg }1(10,60)a a x x =-=++=例：表示的正的小数部分，如求方程在区间上的根。

14

93

3110[

]103

+例10.整数 的末尾两位数字是什么？

1519209111546100100100[]x x x x x ?????

?++++++=???????????? 例 ：实数使得求的值。

16

502030512503n n =??

∑????

例 ：计算S=的值。(IMO)17

完

18

高斯(核)函数简介

高斯（核）函数简介 1函数的基本概念 所谓径向基函数(Radial Basis Function简称RBF),就是某种沿径向对称的标量函数。通常定义为空间中任一点x到某一中心xc之间欧氏距离的单调函数,可记作k(||x-xc||),其作用往往是局部的,即当x远离xc时函数取值很小。最常用的径向基函数是高斯核函数,形式为k(||x-xc||)=exp{-||x-xc||^2/(2*σ)^2)}其中xc为核函数中心,σ为函数的宽度参数,控制了函数的径向作用范围。 高斯函数具有五个重要的性质，这些性质使得它在早期图像处理中特别有用．这些性质表明，高斯平滑滤波器无论在空间域还是在频率域都是十分有效的低通滤波器，且在实际图像处理中得到了工程人员的有效使用．高斯函数具有五个十分重要的性质，它们是： （1）二维高斯函数具有旋转对称性，即滤波器在各个方向上的平滑程度是相同的．一般来说，一幅图像的边缘方向是事先不知道的，因此，在滤波前是无法确定一个方向上比另一方向上需要更多的平滑．旋转对称性意味着高斯平滑滤波器在后续边缘检测中不会偏向任一方向． （2）高斯函数是单值函数．这表明，高斯滤波器用像素邻域的加权均值来代替该点的像素值，而每一邻域像素点权值是随该点与中心点的距离单调增减的．这一性质是很重要的，因为边缘是一种图像局部特征，如果平滑运算对离算子中心很远的像素点仍然有很大作用，则平滑运算会使图像失真． （3）高斯函数的付立叶变换频谱是单瓣的．正如下面所示，这一性质是高斯函数付立叶变换等于高斯函数本身这一事实的直接推论．图像常被不希望的高频信号所污染(噪声和细纹理)．而所希望的图像特征（如边缘），既含有低频分量，又含有高频分量．高斯函数付立叶变换的单瓣意味着平滑图像不会被不需要的高频信号所污染，同时保留了大部分所需信号． （4）高斯滤波器宽度(决定着平滑程度)是由参数σ表征的，而且σ和平滑程度的关系是非常简单的．σ越大，高斯滤波器的频带就越宽，平滑程度就越好．通过调节平滑程度参数σ，可在图像特征过分模糊(过平滑)与平滑图像中由于噪声和细纹理所引起的过多的不希望突变量(欠平滑)之间取得折衷． （5）由于高斯函数的可分离性，大高斯滤波器可以得以有效地实现．二维高斯函数卷积可以分两步来进行，首先将图像与一维高斯函数进行卷积，然后将卷积结果与方向垂直的相同一维高斯函数卷积．因此，二维高斯滤波的计算量随滤波模板宽度成线性增长而不是成平方增长． 2函数的表达式和图形 在这里编辑公式很麻烦，所以这里就略去了。可以参看相关的书籍，仅给出matlab绘图的

第3章神经网络3-径向基函数网络(n)

第三章径向基函数网络 (44) 3.1 径向基函数（Redial Basis Function，RBF） (44) 3.2 径向基函数参数的选取 (46) c的选取 (46) 3.2.1 基函数中心 p 3.2.2权系数 的确定 (47) 3.3 高斯条函数 (48)

)(1 )(p h P p p λx g ?∑==第三章 径向基函数网络 径向基函数网络利用具有局部隆起的所谓径向基函数来做逼近或分类问题。它可以看作是一种前馈网络，所处理的信息在工作过程中逐层向前流动。虽然它也可以像BP 网络那样利用训练样本作有教师学习，但是其更典型更常用的学习方法则与BP 网络有所不同，综合利用了有教师学习和无教师学习两种方法。对于某些问题，径向基函数网络可能比BP 网络精度更高。 3.1 径向基函数（Redial Basis Function ，RBF ） [Powell 1985]提出了多变量插值的径向基函数方法。稍后[Broomhead 1988]成功地将径向基函数用于模式识别。径向基函数可以写成 ||)1 (||)(∑=-= P p p c x p x g ?λ (3.1.1) 其中N R x ∈表示模式向量；N P p p R c ?=1 }{ 是基函数中心；j λ是权系数；?是选定的非线性基函数。(3.1.1)可以看作是一个神经网络，输入层有N 个单元，输入模式向量x 由此进入网络。隐层有P 个单元，第p 个单元的输入为||||p p c x h -=，输出为)(p h ?。输出层1个单元， 输出为 。 假设给定了一组训练样本11},{R R y x N J j j j ??=。当j y 只取有限个值（例如，取0，1或±1）时，可以认为是分类问题；而当j y 可取任意实数时，视为逼近问题。网络学习（或训练）的任务就是利用训练样本来确定输入层到隐层的权向量p c 和隐层到输出层的权系数p λ，使得 J j y x g j j ,,1 ,)( == (3.1.2) 为此，当P J =时，可以简单地令 P p x c p p ,,1 , == (3.1.3) 这时(3.1.2)成为关于{}p λ的线性方程组，其系数矩阵通常可逆，因此有唯一解(参见[MC])。在实践中更多的情况是P J >。这时， (3.1.2)一般无解, 只能求近似解。我们将在下一节详细讨论这种情况。 常用的非线性基函数有以下几种： 1) 高斯基函数 确定了}{p c 后，可以选取如下的高斯基函数来构造径向基函数： )()(1x x g P p p p ∑==?λ (3.1.4a) 式中

径向基分类器简介

径向基函数神经网络模型与学习算法1985年，Powell提出了多变量插值的径向基函数（Radical Basis Function, RBF）方法。1988年，Moody和Darken提出了一种神经网络结构，即RBF 神经网络，属于前向神经网络类型，它能够以任意精度逼近任意连续函数，特别适合于解决分类问题。 RBF网络的结构与多层前向网络类似，它是一种三层前向网络。输入层由信号源结点组成；第二层为隐含层，隐含层节点数目视所描述问题的需要而定，隐单元的变换函数是对中心点径向对称且衰减的非负非线性函数；第三层为输出层，它对输入模式的作用做出响应。从输入空间到隐含层空间的变换是非线性的，而从隐含层空间的输出层空间变换是线性的。 RBF网络是的基本思想是：1）用RBF作为隐单元的“基”构成隐含层空间，将输入矢量直接映射到隐含空间(即不需要通过权连接)；2）当RBF的中心点确定后，映射关系也就确定；3）隐含层空间到输出空间的映射是线性的。隐含层空间到输出空间的映射是线性的，即网络的输出是隐单元输出的线性加权和。此处的权即为网络可调参数。由此可见，从总体上看，网络由输入到输出的映射是非线性的，而网络输出对可调参数而言却又是线性的。这样网络的权就可由线性方程直接解出，从而大大加快学习速度并避免局部极小问题。1.1 RBF神经元结构 径向基神经网络的神经元结构如图1所示，径向基神经网络的激活函数采用径向基函数，通常定义为空间任一点到某一中心之间欧氏

距离的单调函数。由图1所示的径向基神经元结构可以看出，径向基神经网络的激活函数是以输入向量和权值向量之间的距离dist作为自变量的。径向基神经网络的激活函数的一般表达式为 2 -d i s t R(d i s t)=e（1） 图1 径向基神经元模型 1.2 RBF神经网络结构 由输入层、隐含层和输出层构成的一般径向基神经网络结构如图2所示。在RBF网络中，输入层仅仅起到传输信号的作用，与前面所讲述的神经网络相比较，输入层和隐含层之间可以看做是连接权值为1的连接。输出层和隐含层所完成的任务是不同的，因而它们的学习策略也不相同。输出层是对线性权进行调整，采用的是线性优化策略。因而学习速度较快。而隐含层是对激活函数（格林函数或高斯函数，一般取高斯）的参数进行调整，采用的是非线性优化策略，因而学习速度较慢。

高斯核函数

高斯核函数所谓径向基函数(Radial Basis Function 简称RBF), 就是某种沿径向对称的标量函数。通常定义为空间中任一点x到某一中心xc之间欧氏距离的单调函数, 可记作k(||x-xc||), 其作用往往是局部的, 即当x远离xc时函数取值很小。 最常用的径向基函数是高斯核函数,形式为k(||x-xc||)=exp{- ||x-xc||^2/(2*σ)^2) } 其中xc 为核函数中心,σ为函数的宽度参数, 控制了函数的径向作用范围。 计算机视觉中的作用 在计算机视觉中，有时也简称为高斯函数。高斯函数具有五个重要的性质，这些性质使得它在早期图像处理中特别有用．这些性质表明，高斯平滑滤波器无论在空间域还是在频率域都是十分有效的低通滤波器，且在实际图像处理中得到了工程人员的有效使用．高斯函数具有五个十分重要的性质，它们是：（1）二维高斯函数具有旋转对称性，即滤波器在各个方向上的平滑程度是相同的．一般来说，一幅图像的边缘方向是事先不知道的，因此，在滤波前是无法确定一个方向上比另一方向上需要更多的平滑．旋转对称性意味着高斯平滑滤波器在后续边缘检测中不会偏向任一方向．（2）高斯函数是单值函数．这表明，高斯滤波器用像素邻域的加权均值来代替该点的像素值，而每一邻域像素点权值是随该点与中心点的距离单调增减的．这一性质是很重要的，因为边缘是一种图像局部特征，如果平滑运算对离算子中心很远的像素点仍然有很大作用，则平滑运算会使图像失真．（3）高斯函数的付立叶变换频谱是单瓣的．正如下面所示，这一性质是高斯函数付立叶变换等于高斯函数本身这一事实的直接推论．图像常被不希望的高频信号所污染(噪声和细纹理)．而所希望的图像特征（如边缘），既含有低频分量，又含有高频分量．高斯函数付立叶变换的单瓣意味着平滑图像不会被不需要的高频信号所污染，同时保留了大部分所需信号．（4）高斯滤波器宽度(决定着平滑程度)是由参数σ表征的，而且σ和平滑程度的关系是非常简单的．σ越大，高斯滤波器的频带就越宽，平滑程度就越好．通过调节平滑程度参数σ，可在图像特征过分模糊(过平滑)与平滑图像中由于噪声和细纹理所引起的过多的不希望突变量(欠平滑)之间取得折衷．（5）由于高斯函数的可分离性，大高斯滤波器可以得以有效地实现．二维高斯函数卷积可以分两步来进行，首先将图像与一维高斯函数进行卷积，然后将卷积结果与方向垂直的相同一维高斯函数卷积．因此，二维高斯滤波的计算量随滤波模板宽度成线性增长而不是成平方增长．

径向基函数神经网络.docx

径向基函数神经网络模型与学习算法 1985年，Powell提出了多变量插值的径向基丙数(Radical Basis Function, RBF)方法。1988 年，Moody 和Darken 提出了一种神经网络结构，即RBF 神经网络，属于前向神经网络类型，它能够以任意精度逼近任意连续函数，特别适合于解决分类问题。 RBF网络的结构与多层前向网络类似，它是一种三层前向网络。输入层由信号源结点组成；第二层为隐含层，隐单元数视所描述问题的需要而定，隐单元的变换函数RBFO是对中心点径向对称且衰减的非负非线性函数；第三层为输出层，它对输入模式的作用作出响应。从输入空间到隐含层空间的变换是非线性的，而从隐含层空间的输出层空间变换是线性的。 RBF网络的基本思想是：用RBF作为隐单元的“基”构成隐含层空间，这样就可以将输入矢量直接(即不需要通过权接)映射到隐空间。当RBF的屮心点确定以后，这种映射关系也就确定了。而隐含层空间到输出空间的映射是线性的，即网络的输出是隐单元输出的线性加权和。此处的权即为网络可调参数。由此可见，从总体上看，网络市输入到输出的映射是非线性的，而网络输出对叮调参数而言却又是线性的。这样网络的权就可由线性方程直接解岀，从而大大加快学习速度并避免局部极小问题。 1.1RBF神经网络模型 径向基神经网络的神经元结构如图1所示。径向基神经网络的激活函数采用径向基函数，通常定义为空间任一点到某一中心之间欧氏距离的单调函数。由图1所示的径向基神经元结构可以看出，径向基神经网络的激活函数是以输入向量和权值向量之间的距离||dist||作为自变量的。径向基神经网络的

激活函数的一般表达式为 /?(||dist||)= e~yist^(1) 图1径向基神经元模型 随着权值和输入向量之间距离的减少，网络输出是递增的，当输入向量和权值向量一致时，神经元输出1。在图1中的b为阈值，用于调整神经元的灵敏度。利用径向基神经元和线性神经元可以建立广义回归神经网络，该种神经网络适用于函数逼近方面的应用；径向基神经元和竞争神经元可以组建概率神经网络，此种神经网络适用于解决分类问题。 由输入层、隐含层和输岀层构成的一般径向基神经网络结构如图2所示。在RBF网络中，输入层仅仅起到传输信号的作用，与前面所讲述的神经网络相比较，输入层和隐含层之间可以看做连接权值为1 的连接。输出层和隐含层所完成的任务是不同的，因而它们的学习策略也不相同。输岀层是对线性权进行调整，采用的是线性优化策略。因而学习速度较快。而隐含层是对激活函数(格林函数或高斯函数，一般取高斯)的参数进行调整，采用的是非线性优化策略，因而学习速度较慢。

基于径向基函数神经网络的函数逼近

基于径向基函数神经网络的函数逼近 刘君尧1，邱 岚2 (1.深圳信息职业技术学院，广东深圳 518029；2.中国移动广西公司，广西南宁 530022) 【摘 要】在介绍了径向基函数神经网络原理的基础上，应用该网络进行函数逼近的实现，并探讨散步常数的选取对逼近效果的影响。 【关键词】径向基函数；神经网络；散布常数；函数逼近 【中图分类号】TP183 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)09-0039-01 （一）引言 径向基函数（Radial Basis Function）神经网络是由 J.Moody和C.Darken于20世纪 80年代末提出的一种神经网 络，径向基函数方法在某种程度上利用了多维空间中传统的 严格插值法的研究成果。在神经网络的背景下，隐藏单元提 供一个“函数”集，该函数集在输入模式向量扩展至隐层空 间时为其构建一个任意的“基”，这个函数集中的函数就被称 为径向基函数。目前，径向基函数多用于函数逼近和分类问 题的研究。 （二）RBF神经网络模型 最基本的径向基函数神经网络包含三层,由一些感知单 元组成的输入层、包含一个具有径向基函数神经元的隐层和 一个具有线性神经原的输出层。 1.RBF径向基神经元模型 径向基函数神经元的传递函数有多种形式，最常用的形 式是高斯函数（radbas）。采用高斯基函数，具备如下优点： ①表示形式简单，即使对于多变量输入也不增加太多的复杂 性；②径向对称；③光滑性好，任意阶导数存在；④由于该 基函数表示简单且解析性好，因而便于进行理论分析。 输入向量p 图1径向基传递函数 径向基网络的神经元模型结构如图2所示。由该图可见， radbas的输入为输入矢量p和权值向量W之间的距离乘以阈 值b。 图2 径向基函数神经元模型 2.RBF神经网络的结构 径向基函数网络包括输入层、隐层和输出层，如图3所 示。输入信号传递到隐层，隐层有S1个神经元，节点函数为 高斯函数；输出层有S2个神经元，节点函数一般采用简单的 线性函数。 图3 径向基函数网络基本结构图 （三）RBF神经网络应用于函数逼近 RBF神经网络在进行函数逼近的实现时，往往在网络设计 之初并不指定隐层神经元的个数，而是在每一次针对样本集 的训练中产生一个径向基神经元，并尽可能最大程度地降低 误差，如果未达到精度要求，则继续增加神经元，直到满足 精度要求或者达到最大神经元数目。这样避免了设计之初存 在隐层神经元过少或者过多的问题。训练过程中，散布常数 的选取非常重要。 1.函数逼近的RBF神经网络 已知输入向量P和输出向量T，通过构建径向基函数神经 网络来进行曲线拟合，从而找到一个函数能够满足这21个数 据点的输入/输出关系，绘制训练样本如图所示。 输入向量P：-1:0.1:1; 输出向量T：0.9500 0.5700 0.0300 -0.2800 -0.5800 -0.6200 -0.4800 -0.1400 0.2100 0.4700 0.5000 0.3800 0.1700 -0.1200 -0.3200 -0.4200 0.3500 -0.1300 0.2120 0.4200 0.5100; 应用MATLAB神经网络工具箱中的newrb()函数快速构建 一个径向基函数网络，并且网络根据输入向量和期望值自动 进行调整，从而实现函数逼近，预先设定均方差精度为0.0001, 散布常数为1。实验结果如图4所示。可见，应用径向基函数 进行函数逼近非常有效。 图4网络输出与目标值比较（下转第19页）【收稿日期】2009-06-02 【作者简介】刘君尧（1979－），女，湖南汨罗人，深圳信息职业技术学院讲师，硕士研究生，研究方向为神经网络。

径向基核函数 (Radial Basis Function)–RBF

径向基核函数 (Radial Basis Function)–RBF 发表于297 天前?技术, 科研?评论数 8?被围观 3526 views+ 论文中又提到了RBF，虽然是个简单的核函数，但是也再总结一下。关于SVM中的核函数的选择，比较简单和应用比较广的是RBF。 所谓径向基函数 (Radial Basis Function 简称 RBF), 就是某种沿径向对称的标量函数。通常定义为空间中任一点x到某一中心xc之间欧氏距离的单调函数 , 可记作 k(||x-xc||), 其作用往往是局部的 , 即当x远离xc时函数取值很小。 最常用的径向基函数是高斯核函数 ,形式为 k(||x-xc||)=exp{- ||x-xc||^2/(2*σ)^2) } 其中xc为核函数中心,σ为函数的宽度参数 , 控制 了函数的径向作用范围。 建议首选RBF核函数，因为： 1.能够实现非线性映射；（线性核函数可以证明是他的一个特例；SIGMOID 核函数在某些参数上近似RBF的功能。） 2.参数的数量影响模型的复杂程度，多项式核函数参数较多。 3.the RBF kernel has less numerical difficulties. ———–那么，还记得为何要选用核函数么？———– 对于这个问题，在Jasper’s Java Jacal博客《SVM入门（七）为何需要核函数》中做了很详细的阐述，另外博主对于SVM德入门学习也是做了很详细的阐述，有兴趣的可以去学习，丕子觉得这个文章写得相当好，特意转载了过来，留念一下。 如果提供的样本线性不可分，结果很简单，线性分类器的求解程序会无限循环，永远也解不出来。这必然使得它的适用范围大大缩小，而它的很多优点我们实在不原意放弃，怎么办呢？是否有某种方法，让线性不可分的数据变得线性可分呢？ 例子是下面这张图：

径向基函数网络中的高斯核宽度优化

径向基函数网络中的高斯核宽度的优化 Nabil Benoudjit1, Cédric Archambeau1, Amaury Lendasse2, John Lee1, Michel Verleysen1,? 1 Université Catholique de Louvain - Microelectronics Laboratoy, Place du Levant 3, B-1348 Louvain-la-Neuve, Belgium, Phone : +32-10-47-25-40, Fax : +32-10-47-21-80 Email : {benoudjit, archambeau, lee, verleysen}@dice.ucl.ac.be 2 Université Catholique de Louvain – CESAME, Avenue G. Lema?tre 4, B-1348 Louvain-la-Neuve, Belgium, Email : lendasse@auto.ucl.ac.be 摘要：径向基函数网络经常通过一个三阶段的程序得到训练。在学术文献中，很多论文致力于 对于高斯核位置的估计，以及其权重的计算。同时，也有很少有人关注高斯核宽度的估计。在 本文中，第一，我们提出了一种探索式的优化方法对于高斯核宽度进行优化，以达到改善一般 化训练过程的目的。其次，我们从理论上和实际应用上对我们的方法进行了验证。 1.引言 人工神经网络（ANN）被大量应用于分类估计和函数估计。最近，已经证明很多人工神经网络都是广义函数的近似。因此，他们常被用来进行函数插值。 在人工神经网络分类中，我们发现了径向基函数网络（RBF）和多层感知器（MLP）。两者都是多层网络，而且他们都可以认为是连接器模型。两者都需要通过一个足够大的数据集合学习近似的过程，从而达到被训练的目的。即使这样，径向基网络和多层感知器的训练过程是不一样的。 多层感知器通过一个可控的技术被训练，其方法是：求解一个非线性约束方程集来计算权重集。相反，径向基函数网络的训练方法可以被分解为一个无控的部分和一个可控的线性部分。无控的更新技术是前向而且相对快速的。同时，它的可控部分通过求解一个线性问题实现，因此也是快速的。所以，径向基函数网络的实现方法可以充分的减少运算时间并节约运算资源。 2.径向基网络函数 一个径向基网络函数是一个三层的人工神经网络。考虑一个未知的函数()? x f:，在一个径向基函数网络中，) ?d → f通过一系列d维的径向基函数来近似估 (x