Geometria da Jacobiana

Cálculo multivariável a partir dos primeiros princípios

Torne a Jacobiana quadrada (n entradas, n saídas) e o seu determinante assume uma função geométrica concreta. Da Álgebra Linear, o determinante de uma matriz é o fator pelo qual ela escala o volume. O determinante da Jacobiana diz quanto uma aplicação estica ou encolhe um pequeno pedaço de espaço à medida que este a atravessa.

Se |det J| > 1, uma pequena caixa do espaço de entrada sai maior, pelo que a aplicação expande. Se |det J| , sai menor, pelo que a aplicação contrai. Se det J = 0, a caixa é esmagada até ficar plana: a aplicação colapsa uma dimensão e é localmente não invertível.

Desenhe um pequeno quadrado em uma folha de borracha elástica, depois puxe a folha para distorcer a grade. O determinante Jacobiano é o único número que lhe diz o quanto a área daquele pequeno quadrado cresceu ou encolheu no alongamento. Puxe a borracha em ambas as direções e o quadrado infla; esmague-o em um único vinco e sua área cai para zero.

Onde isso aparece no MLSuponha que você quer moldar uma Gaussiana simples numa distribuição de dados complicada. Um normalizing flow faz exatamente isto, aprendendo uma aplicação invertível g da densidade simples para a complexa. À medida que g estica o espaço, a massa de probabilidade se escaparia se você não a reescalasse, por isso a fórmula de mudança de variáveis p_X(x) = p_Z(g⁻¹(x))·|det J| usa o determinante da…
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