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关于无需标量展开、利用矩阵链式法则推导矩阵微分公式的技术问询

无需标量展开、利用矩阵链式法则推导矩阵微分公式的技术问询

引理(Lemma)

设 $A \in \mathbb{R}^{m\times n}$、$B \in \mathbb{R}^{n\times k}$ 为矩阵,$f:\mathbb{R}^{m\times k} \to\mathbb{R}$ 是可微函数,令 $X = AB$,则有:
$$
\frac{\partial f(X)}{\partial A} = \Big(\frac{\partial f(X)}{\partial X}\Big)B^T,
$$
其中右侧为矩阵乘积,$\frac{\partial f(X)}{\partial X}$ 表示以 $\frac{\partial f(X)}{\partial X_{ij}}$ 为 $(i,j)$ 元素的矩阵。

常规标量展开式证明

一种推导方式是利用多元链式法则:
$$
\frac{\partial f(AB)}{\partial A_{ij}} = \sum_{k,l}\frac{\partial f(X)}{\partial X_{kl}}\cdot\frac{\partial X_{kl}}{\partial A_{ij}},
$$
注意到:
$$
\frac{\partial X_{kl}}{\partial A_{ij}} = \mathbb{1}{i=k}B{jl},
$$
代入后可得:
$$
\sum_{k,l}\frac{\partial f(X)}{\partial X_{kl}}\cdot\frac{\partial X_{kl}}{\partial A_{ij}} = \sum_{l}\frac{\partial f(X)}{\partial X_{il}}B_{jl} = \Big(\Big(\frac{\partial f(X)}{\partial X}\Big)B^T\Big)_{ij}.
$$
$$\tag*{$\blacksquare$}$$

我的疑问

这个要证明的公式看起来和单变量链式法则几乎一模一样——比如对于实数 $x = ab$,我们有:
$$
\frac{\partial f(x)}{\partial a} = \Big(\frac{d f(x)}{dx} \Big)\cdot b,
$$
所以我一直在想,有没有一种合适的矩阵链式法则,能让我们直接看出这个引理的结论,不用像上面那样展开所有标量导数来推导?

我搜过“矩阵/张量链式法则”“矩阵/张量微积分”这类内容,但没找到完全契合需求的资料。我怀疑答案藏在张量微积分里,但找到的参考资料都太抽象了,看起来是给广义相对论这类更通用场景准备的,有点超出我的需求范围。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者Sebastian Monnet

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最近更新时间:2026.04.20 06:33:09