简化的实数、复数和四元数神经模糊学习算法(IJISA-V10-N5-1)

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模糊数学文献综述

模糊数学文献综述

模糊数学文献综述摘要:模糊数学自1965年诞生以来,已经作为一项工程技术在当今社会取得了突飞猛进的发展.本文主要从模糊数学的理论和国内应用两方面,对模糊数学作了较全面的综述,同时提出自己的看法。

关键字:模糊数学;隶属函数;模糊决策;模糊统计。

一:研究背景及意义1965年,美国控制论学者L。

A.扎德发表开创性论文《Fuzzy Sets》,标志着模糊数学这门新学科的诞生。

它代表了一种与基于概率论方法处理不确定性和不精确性的传统不同的思想,不同于传统的新的方法论。

它能够更好地反映客观存在的模糊性现象。

【1】因此,它给描述模糊系统提供了有力的工具.在美国,日本,法国等世界数学强国相继研究模糊数学,并取得一些阶段性的进展的同时,1976年中国开始注意模糊数学的研究。

也就是从这个时候开始,国内关于模糊数学的论文数量骤增。

目前,模糊数学的研究领域主要集中在以下三方面:(1)模糊数学的理论,以及它和精确数学、随机数学的关系.【23】(2)模糊语言学和模糊逻辑.【4、5】(3)模糊数学在自然、社会科学中的应用,特别是在模糊决策、模式识别和控制方面.【6—9】总体来说,国内学者重点是将模糊理论的知识迁移到各种社会应用上,有些已经取得了明显的社会和经济效益。

因此,研究模糊技术在国内的各个领域的发展现状,是有必要的。

二:模糊数学的理论概要集合论不仅是现代数学的基础,也是模糊数学的必备知识。

为了与模糊集合相区别,我们把以往接触到的集合,如A=(2,3,4,8)称为普通集合(其全集称为论域)。

模糊度【10】给定一个论域U ,那么从U到单位区间[0,1]的一个映射称为U上的一个模糊集,或U的一个模糊子集, [1]记为A。

映射(函数)μA(·)或简记为A(·) 叫做模糊集A的隶属函数。

对于每个x∈U,μA(x) 叫做元素x对模糊集A的隶属度。

隶属度函数是模糊控制的应用基础,是否正确地构造隶属度函数是能否用好模糊控制的关键之一。

四元数神经网络

四元数神经网络

THANKS
激活函数的选择与设计
激活函数类型
激活函数的选择对于神经网络的性能至关重要。常用的激活函数包括Sigmoid 、ReLU、Tanh等。这些激活函数在处理不同类型的数据和满足不同应用需求 时各有优劣。
四元数激活函数
针对四元数神经网络,需要设计特定的四元数激活函数。这些激活函数能够将 四元数形式的输入信号映射到输出信号,同时保留四元数的特性,如旋转和放 缩等。
$number {01} 汇报人:可编辑
2024-01-11
四元数神经网络
目录
• 四元数神经网络概述 • 四元数神经网络的基本原理 • 四元数神经网络的设计与实现 • 四元数神经网络的应用实例 • 四元数神经网络的未来发展与挑

01
四元数神经网络概述
定义与特点
定义
四元数神经网络是一种基于四元 数代数理论的神经网络模型,用 于处理具有四元数表示的数据。
局限性
四元数神经网络的应用受到数据获取和表示的限制,需要将 原始数据转换为四元数表示形式。此外,四元数神经网络的 训练算法和优化技术还需要进一步研究和改进。
02
四元数神经网络的基本原理
四元数基础
01
四元数是实数、复数和双曲复数的扩展,可以 表示旋转和旋转向量。
02
四元数由一个实部和三个虚部组成,形式为 $q = w + xi + yj + zk$,其中 $w, x, y, z$ 是实
特点
四元数神经网络具有强大的表示 能力和非线性映射能力,能够处 理具有四元数表示的旋转、变换 等复杂问题。
四元数神经网络的应用领域
1 2
3
图像处理
四元数神经网络可用于图像识别、图像分类和目标跟踪等领 域,通过四元数表示的旋转不变性,提高图像处理的准确性 和鲁棒性。

模糊模式识别法

模糊模式识别法

X
Y
~
(
x)
x
0,
μ
o ~
x
1
x
50 5
2
1
,
0 x 50 50 x 200
1,
Y ~
x
1
x
25 5
2
1
,
0 x 25 25 x 200
③ 年轻与年老的隶属函数曲线
年轻 1
年老
0.5
0
25
50 55
年龄 100
7.2.2 隶属函数的确定
隶属函数是模糊集合赖以存在的基石。正确地确定隶属函 数是利用模糊集合恰当地定量表示模糊概念的基础。
头发为n根者为秃头, 头发为n+1根者为秃头, 头发为n+2根者为秃头,
…… 头发为n+k根者为秃头。
其中,k是一个有限整数,显然k完全可以取得很大。
结论:头发很多者为秃头。
类似地:没有头发者不是秃头
2.模糊数学的诞生 模糊数学:有关描述和处理模糊性问题的理论和方法的学科。 模糊数学的基本概念:模糊性。
根据具体研究的需要而定。
2)子集
对于任意两个集合A、B,若A的每一个元素都是B的元素,
则称A是B的“子集”,记为
A B或;B若B中A存在不属于
A的元素,则称A是B的“真子集”,记为
A 。B或B A
3)幂集
对于一个集合A,由其所有子集作为元素构成的集合称
为A的“幂集”。
例:论域X={ 1, 2 },其幂集为
~A
的核为
x0

x0
的两边分别有点
x1

x2
,使得
A ~
(
x1

第一章 模糊数学引 言

第一章  模糊数学引 言

我国的模糊技术研究
1) 70年代后期传到我国,起步晚,但发展快
2) 理论研究居世界领先地位,但应用与发达国家有差距
3)“模糊技术产业化”
3) 近几年国内掀起了模糊控制技术的研究与开发热,成绩喜人
- 企业:大型加电集团已成功开发了国产模糊控制洗衣机 如: “小天鹅”,“海尔”,“小鸭”,“金羚”
等名牌智能洗衣机
“模糊逻辑与神经网络---理论研究与探索”刘增良,北京航空航天大学出版社
“模糊技术与神经网络选编”,北京航空航天大学出版社
第十三页,共14页
杂志
1.模糊数学与系统 2.控制与决策 3.系统工程理论与实践 4.计算机学报 5.人工智能与模式识别 6.Fuzzy Sets And Systems
rmation Science 8.IEEE Tran.on Fuzzy Systems
如:“人”的内涵=所有人具有的共同属性 如:有语言、会思考、发明创造等
“人”的外延=世界上所有人组成的集合(康托集)
注:康托 集合论是现代数学的基础,康托(德国数学家,1845-1918)
第二页,共14页
Cantor Set:“把一些明确的,彼此有区别的对象的全体”
(康托)
A a p(a)
如:N 1,2,3,... 实数集R r r是实数
第三页,共14页
二.模糊与精确的关系
模糊性与精确性: 对立统一,相互依存,可互相转化。
- 精确的概念可表达模糊的意思: 如“望庐山瀑布”
“飞流直下三千尺,凝是银河落九天” - Fuzzy的概念也能表达精确的意思:
模糊数学不是让数学变成模模糊糊的东西,
而是让数学进入模糊现象这个禁区,即用 精确的数学方法去研究处理模糊现象

四元数(quaternion)是用于旋转和拉伸向量的数学运算符_概述说明

四元数(quaternion)是用于旋转和拉伸向量的数学运算符_概述说明

四元数(quaternion)是用于旋转和拉伸向量的数学运算符概述说明1. 引言1.1 概述:四元数是一种用于旋转和拉伸向量的数学运算符。

它是在复数概念的基础上发展而来的,可以描述三维空间中的旋转和缩放操作。

四元数不仅可以比其他表示方式更简单地表示旋转和拉伸,并且具备较低的计算成本。

1.2 文章结构:本文将按照以下结构进行论述:首先,我们将介绍四元数的基本概念,包括其定义与表示方式,以及相关的运算法则。

接着,我们将探讨四元数在旋转中的应用,涵盖了四元数与旋转矩阵之间的对应关系以及描述航向、俯仰和滚动角度所使用的方法。

然后,我们将讨论四元数在拉伸中的应用,包括与缩放矩阵之间的联系以及非均匀缩放操作的实现方式。

最后,在结论和总结部分,我们将总结四元数在向量旋转和拉伸中的作用和优势,并展望其未来在实际应用方面可能面临的挑战。

1.3 目的:通过本文深入介绍四元数的基本概念以及在旋转和拉伸中的应用,我们旨在帮助读者更好地理解四元数的数学原理和实践意义。

对于研究领域涉及向量旋转和拉伸的科研人员和工程师而言,掌握四元数的知识将有助于提高其工作效率并推动领域的发展。

此外,我们也希望进一步讨论四元数在现实世界中可能的应用前景,并为未来研究方向和扩展应用提供启示。

通过深入了解四元数这一强大工具,我们有望为解决复杂问题、推动技术创新做出贡献。

2. 四元数的基本概念:2.1 四元数的定义与表示:四元数是一种扩展了复数的数学工具,它由一个实部和三个虚部组成。

一般来说,四元数可以用以下形式表示:q = a + bi + cj + dk其中,a为实部,bi、cj和dk为虚部,i、j和k是互相正交但非对易的单位向量。

2.2 四元数运算法则:在四元数中,加法和乘法运算符具有特定的规则。

四元数之间的加法按照分量进行操作,即实部相加后虚部相加。

而乘法运算更复杂,根据单位向量i、j和k 之间互相关系以及非对交性质进行计算。

具体来说,在四元数乘法中,普通数字遵循常规乘法规则,而单位向量与其他单位向量之间存在着乘积关系。

四元数的理论和应用

四元数的理论和应用

四元数的理论和应用四元数,又称四元数实数,是由英国数学家汉密尔顿于1843年创造的一个新颖的数学体系。

与复数具有类似性质,四元数可以表示3D空间的旋转、陀螺的转动以及电磁场的量子性质,因此在工程、物理学等学科中具有广泛的应用。

一、四元数的定义四元数可以看作是较为一般性的复数,是由一个实部和三个虚部构成的算子,记作q=a+bi+cj+dk,其中i,j,k是虚数单位,具有如下的性质:i² = j² = k² = ijk = -1。

二、四元数的计算1. 四元数的加减法:对于两个四元数q1=a1+b1i+c1j+d1k和q2=a2+b2i+c2j+d2k,我们可以进行加减法运算:q1 + q2 = (a1+a2) + (b1+b2)i + (c1+c2)j + (d1+d2)kq1 - q2 = (a1-a2) + (b1-b2)i + (c1-c2)j + (d1-d2)k2. 四元数的乘法:四元数的乘法需要按照虚部单位的乘法规则进行运算,即:i² = j² = k² = ijk = -1ii = -1, ij = k, ik = -jji = -k, jj = -1, jk = iki = j, kj = -i, kk = -1因此,两个四元数的乘积为:q1q2 = (a1a2 - b1b2 - c1c2 - d1d2) + (a1b2 + b1a2 + c1d2 - d1c2)i + (a1c2 - b1d2 + c1a2 + d1b2)j + (a1d2 + b1c2 - c1b2 + d1a2)k3. 四元数的共轭:四元数的共轭是把虚部单位i,j,k交换位置,且取反,即:q* = a-bi-cj-dk4. 四元数的模长:四元数的模长表示为:|q| = sqrt(qq*) = sqrt(a²+b²+c²+d²)三、四元数在旋转表示上的应用四元数是一种非常方便的表示3D旋转的工具,示例见下图。

四元数神经网络

四元数神经网络
5
• 多重态现象的原因
单位变换:
由于网络是双极值的,即四元数的每个分量只能取1或-1,满足要求的 a只有16个,所以一组多重态所含向量的个数是16.
数域
一个多重态所含向量的个数 单位变换
实数域
2=21
1,-1
复数域
4=22
1,-1,i,- i
四元数
16=24
a1,a2,…,a16
多重态现象的好处: 相当于扩大了“收敛域” ,当网络收敛到ξ1的退化模式也是有意义的,因为 退化模式中的向量只要经过一个单位变换就可以变换为样本ξ1.
3
• 数值试验1
实验描述:3个神经元存储1个样本 存储样本:
权值矩阵: 不动点:由于网络中只存储了一个样本, ξ1和(-ξ1)肯定是网络的不动点
4
• 数值试验1
表中的16个向量都是网络的 不动点,并且权值矩阵W均 可以由表中任意一个向量产 生
{ξ1, ξ2,… ,ξ16}称为一个多重态(multiplet); {ξ2, ξ3,… ,ξ16}称为样本ξ1的退化模式(degenerated pattern).
6
• 数值试验1
汉明距离: 例:
取4080个向量,按照汉明距离分成11组
浅灰:收敛到相应向量 深灰:未收敛到相应向量
7
• 数值试验2
实验描述:4个神经元存储1个样本 存储样本:
权值矩阵:
8
• 数值试验2
取65520个向量,按照汉明距离分成15组
浅灰:收敛到相应向量 中灰:未收敛到相应向量但收敛到其退化模式 黑色:以上两种情况外
13
• 问题
1,四元数Hopfield网络的存储容量和不动点 2, TSP问题 3,网络模型的推广

四元数 nuscenes 顺序

四元数 nuscenes 顺序

文章标题:深入探究四元数和nuscenes的顺序在现代计算机图形学和工程领域中,四元数是一种重要的数学概念,而nuscenes则是一个开放的自动驾驶数据集和感知研究评台。

本文将深入探讨四元数和nuscenes的顺序,并分析它们在实际应用中的重要性和价值。

一、四元数的引入四元数最初由爱尔兰数学家William Rowan Hamilton于19世纪提出,它是一个具有丰富数学内涵的四维超复数。

在计算机图形学和工程领域,四元数被广泛应用于旋转、姿态控制和动画等领域。

它具有较好的计算性能和数学性质,能够更有效地描述三维空间中的旋转运动。

1.1 四元数的定义和性质四元数通常表示为q = a + bi + cj + dk,其中a、b、c、d分别为实数部分和三个虚数部分。

它们满足四元数乘法规则和四元数加法规则,具有结合律和分配律等性质。

通过四元数,我们可以更加直观地描述和计算复杂的旋转运动,为计算机图形学和工程领域提供了强大的数学工具。

1.2 四元数的应用和意义在实际应用中,四元数被广泛用于机器人运动控制、虚拟现实、增强现实和航天航空等领域。

它能更加简洁、高效地描述三维空间中的旋转姿态,避免了欧拉角存在的万向锁问题和奇异性问题。

四元数在工程领域具有重要的应用意义和价值。

二、nuscenes的介绍与应用nuscenes是一个由nuTonomy公司发布的开放数据集和感知研究评台,旨在为自动驾驶领域提供丰富多样的现实场景和数据资源。

它包含大量的3D物体检测、语义分割、轨迹预测等数据,为自动驾驶系统的研发和测试提供了重要支持。

2.1 nuscenes的数据结构和内容nuscenes数据集包含多个场景的3D传感器数据、激光雷达数据、摄像头数据等,涵盖了城市道路、交通情况、行人行驶等多个场景。

每个场景都包含了丰富的感知信息和多样的真实场景,为自动驾驶系统的算法设计和验证提供了重要的数据基础。

2.2 nuscenes的应用与意义nuscenes数据集能够广泛应用于自动驾驶系统的感知算法、决策算法和规划算法等领域。

四元数的应用

四元数的应用

四元数的应用四元数是一种富有特殊性质的数学对象,通过把数学问题转化为四元数问题,可以得到很多优美而简单的解决方法。

四元数不仅在数学中有着广泛的应用,而且在物理,计算机图形学以及机器人控制等领域也都有着举足轻重的地位。

本文将深入探讨四元数在这些领域的应用。

一、四元数的定义与基本性质四元数是一种含有实数和虚数的特殊数,通常被表示为$q=a+bi+cj+dk$的形式,其中$i,j,k$是$q$的一组基,满足$i^2=j^2=k^2=-1$,以及$ij=k,ji=-k,jk=i,kj=-i,ki=j,ik=-j$。

与复数相比,四元数不满足交换律,即$ij\neq ji,kj\neq jk$,但是满足结合律,即$ijk=-1$。

四元数有很多有趣的性质,例如:每个四元数$q=a+bi+cj+dk$都可以表示为一个三维向量和一个实数的形式$q=(a,\vec{v})$;四元数的共轭定义为$q^*=a-bi-cj-dk$,它的实部与虚部分别是$q$的实部和相反数;四元数的标准形式是$q=a+bi+cj+dk$,其中满足$a^2+b^2+c^2+d^2=1$。

这些性质为四元数的应用打下了坚实的基础。

二、四元数在物理中的应用在物理学中,四元数广泛用于描述旋转、电磁场等各种物理现象。

例如,四元数可以用来描述刚体的旋转状态,它可以通过四元数的运算来进行仿真计算。

另外,在电磁场计算中,四元数可以用来描述电磁场的极化态和旋转态,它在计算中可以简化矩阵运算,同时便于优化计算效率。

三、四元数在计算机图形学中的应用在计算机图形学中,四元数可以用来描述物体的旋转状态,它广泛应用于游戏引擎和三维建模软件中。

同样地,四元数可以通过运算得到物体的旋转矩阵,然后再通过矩阵进行仿真计算和透视变换。

此外,四元数还可以用于相机的姿态计算和粒子系统的旋转控制等。

四、四元数在机器人控制中的应用在机器人控制领域中,四元数同样扮演着重要的角色。

机器人的运动学和动力学模型通常采用四元数来描述机器人的各种姿态。

人工智能数学基础 笔记

人工智能数学基础 笔记

以下是关于人工智能数学基础的一些重要概念和理论的笔记:1.线性代数:o矩阵:二维数组,有行和列。

矩阵运算包括加法、减法、数乘、乘法。

o向量:一维数组,可以看作是只有一行的矩阵。

o特征值与特征向量:对于一个矩阵A,如果存在一个非零向量v和实数λ,使得Av=λv,则λ是A的特征值,v是A的对应于λ的特征向量。

o矩阵分解(如QR分解、SVD分解):将一个复杂的矩阵分解为几个简单的、易于处理的矩阵。

2.概率论与统计:o随机变量:可以取不同值的变量。

离散随机变量有有限或可数个可能值,连续随机变量则有无限多个可能值。

o概率分布:描述随机变量取各个可能值的概率。

常见的概率分布有二项分布、泊松分布、正态分布等。

o参数估计与假设检验:从数据中推断出参数的方法,以及验证或拒绝假设的方法。

3.最优化理论:o约束优化:寻找在满足一定约束下的最优解。

o无约束优化:寻找使某个函数达到最小或最大的点。

o梯度下降法:一种寻找函数局部最小值的迭代方法。

在每一步中,函数值沿着负梯度的方向更新。

4.图论:o图:由顶点(或节点)和边构成的数据结构。

图可以分为有向图和无向图。

o路径与回路:连接图中顶点的序列,路径中每条边只经过一次;回路是路径的一种特殊情况,其中起点和终点是同一个顶点。

o图的连通性:图中的顶点之间的连接关系。

如果图中任意两个顶点之间都存在路径,则称图是连通的。

5.动态规划与马尔科夫链:o动态规划:一种通过将大问题分解为小问题来解决问题的方法。

它保存已经解决的子问题的解,以便在解决其他问题时重复使用它们。

o马尔科夫链:一个状态序列,其中每个状态只依赖于其前一个状态(即“无后效性”)。

马尔科夫链常用于描述一系列随机事件,其中每个事件的发生仅依赖于前一个事件。

6.机器学习算法:o监督学习:训练数据包含输入和输出,算法通过学习输入和输出之间的关系来预测新的输出。

常见的监督学习算法有线性回归、逻辑回归、神经网络等。

o无监督学习:训练数据只包含输入,算法通过学习输入之间的关系来找出数据的内在结构。

四元数 nuscenes 顺序

四元数 nuscenes 顺序

四元数 nuscenes 顺序【原创实用版】目录1.介绍四元数2.解释 nuscenes3.探讨四元数与 nuscenes 的关系4.讨论四元数 nuscenes 的顺序正文1.四元数是一种数学概念,也被称为 quaternion,由爱尔兰数学家威廉·罗兰·汉密尔顿于 1843 年发现。

四元数是一种扩展了复数的概念,它可以表示为一个实数和三个虚数的组合,通常表示为 q = a + bi + cj + dk,其中 a、b、c、d 都是实数,i、j、k 是三个虚数单位,满足以下关系:i = j = k = ijk = -1。

四元数在三维空间中的旋转、姿态表示和控制等方面有着广泛的应用。

2.nuscenes(nuclear scene)是指核场景,它是一种在虚拟现实和增强现实技术中使用的三维场景表示方法。

nuscenes 通常包括一个或多个物体,以及它们的位置、旋转和缩放信息。

在 nuscenes 中,物体的姿态信息通常用四元数表示,这是因为四元数可以简洁地表示三维空间中的旋转。

3.四元数与 nuscenes 的关系在于,四元数可以用来表示和操作三维空间中的旋转,而 nuscenes 正是描述三维空间中物体的旋转和位置信息的场景表示方法。

因此,四元数是 nuscenes 的重要组成部分,也是实现nuscenes 的关键技术之一。

4.四元数 nuscenes 的顺序是指在 nuscenes 中,四元数表示的物体旋转的顺序。

在实际应用中,物体的旋转顺序可能会影响到虚拟现实或增强现实场景的表现效果。

例如,在虚拟现实游戏开发中,合理的四元数nuscenes 顺序可以使游戏场景更加流畅和自然。

因此,在创建和使用nuscenes 时,需要根据实际需求和场景来确定四元数的顺序。

综上所述,四元数是一种重要的数学概念,它可以用来表示和操作三维空间中的旋转。

nuscenes 是一种描述三维空间中物体的旋转和位置信息的场景表示方法,四元数是 nuscenes 的重要组成部分。

quaternion用法

quaternion用法

四元数(Quaternion)是一种用于表示三维空间中旋转的数学工具,常用于计算机图形学、机器人学和物理仿真等领域。

下面介绍一些四元数的基本用法和操作:1. 四元数的表示:四元数通常表示为q = w + xi + yj + zk,其中w、x、y、z 是实数部分和虚数部分的系数。

实数部分w 称为标量部分,虚数部分xi + yj + zk 称为矢量部分。

在计算机中,四元数可以使用数组或结构体来表示。

2. 四元数的初始化:可通过直接赋值或使用构造函数来初始化四元数。

3. 四元数的运算:- 加法和减法:四元数的加法和减法分别对应实部和虚部的相加和相减。

- 数量乘法:四元数的数量乘法将四元数的实部和虚部都乘以一个标量。

- 乘法运算:四元数的乘法是最重要的运算,用于实现旋转。

四元数间的乘法是非交换的,即q1 * q2 != q2 * q1。

- 共轭运算:四元数的共轭是将虚数部分取相反数,即共轭(q) = w - xi - yj - zk。

- 模运算:四元数的模(长度)是一个浮点数,表示四元数的大小。

模的计算公式为|q| = sqrt(w^2 + x^2 + y^2 + z^2)。

4. 四元数的旋转操作:- 将旋转轴与旋转角度转换成四元数。

- 将四元数与向量进行乘法运算,可以实现向量的旋转。

需要注意的是,四元数的操作涉及到复杂的数学运算和转换,对于初学者来说可能有一定难度。

在实际应用中,可以使用图形库或数学库提供的四元数函数来简化操作,并提供更高级的功能,如插值、球面插值等。

希望以上信息能对你了解四元数的使用有所帮助。

如有更具体的问题,欢迎继续提问。

闵可夫斯基 四元数

闵可夫斯基 四元数

闵可夫斯基四元数【实用版】目录1.闵可夫斯基四元数的概念2.闵可夫斯基四元数的基本运算3.闵可夫斯基四元数在物理学和计算机科学中的应用4.闵可夫斯基四元数的发展历程5.闵可夫斯基四元数的未来发展前景正文1.闵可夫斯基四元数的概念闵可夫斯基四元数是一种数学概念,由俄国数学家闵可夫斯基于 19 世纪末提出。

四元数是一种扩展了复数的概念,它可以表示为一个实数和三个虚数的组合,通常记为 q = a + bi +cj + dk,其中 a、b、c、d 都是实数,i、j、k 是三个虚数单位,满足以下关系:i^2 = j^2 = k^2 = ijk = -1。

2.闵可夫斯基四元数的基本运算闵可夫斯基四元数的基本运算包括加法、减法、乘法和乘积。

其中,四元数的乘法运算是基于实数和虚数部分的分别运算,而乘积运算则是将两个四元数按照实部、虚部进行组合,然后再进行乘法运算。

3.闵可夫斯基四元数在物理学和计算机科学中的应用闵可夫斯基四元数在物理学中有广泛的应用,特别是在相对论中。

它可以用来表示洛伦兹变换,这是描述不同参考系下物理量之间关系的重要工具。

在计算机科学中,闵可夫斯基四元数也被广泛应用,特别是在三维图形学和机器人学中,它可以用来表示三维旋转和姿态。

4.闵可夫斯基四元数的发展历程闵可夫斯基四元数是由闵可夫斯基在 19 世纪末提出的,但在当时并未引起广泛的关注。

直到 20 世纪初,随着相对论的提出,闵可夫斯基四元数的重要性才开始被人们认识到。

在随后的岁月中,闵可夫斯基四元数在物理学、数学和计算机科学等领域都得到了广泛的应用和发展。

5.闵可夫斯基四元数的未来发展前景随着科技的发展,闵可夫斯基四元数在未来的发展前景十分广阔。

在物理学领域,它将继续在相对论的研究中发挥重要作用。

四元数

四元数
此处仅讨论具有实数元素之四元数,并将以两种形式来描述四元数。其中一种是向量与纯量的结合,另一形 式两个创建量(constructor)与双向量(bivector;i、j与k)的结合。
定义两个四元数:
其中表示矢量 ;而表示矢量。
跟复数、向量和矩阵一样,两个四元数之和需要将不同的元素加起来。 加法遵循实数和复数的所有交换律和结合律。
威廉·卢云·哈密顿
明确地说,四元数是复数的不可交换延伸。如把四元数的集合考虑成多维实数空间的话,四元数就代表着一 个四维空间,相对于复数为二维空间。
四元数是除环(除法环)的一个例子。除了没有乘法的交换律外,除法环与域是相类的。特别地,乘法的结 合律仍旧存在、非零元素仍有逆元素。
四元数形成一个在实数上的四维结合代数(事实上是除法代数),并包括复数,但不与复数组成结合代数。 四元数(以及实数和复数)都只是有限维的实数结合除法代数。
不只如此,哈密顿还创造了向量的内外积。他亦把四元数描绘成一个有序的四重实数:一个纯量和向量的组 合。若两个纯量部为零的四元数相乘,所得的纯量部便是原来的两个向量部的纯量积的负值,而向量部则为向量 积的值,但它们的重要性仍有待发掘。
哈密顿之后继续推广四元数,并出了几本书。最后一本《四元数的原理》(Elements of Quaternions)于 他死后不久出版,长达八百多页。
非奇异表达(和例如欧拉角之类的表示相比)
比矩阵更紧凑(更快速)
单位四元数的对可以表示四维空间中的一个转动。
所有单位四元数的集合组成一个三维球和在乘法下的一个群(一个李群)。是行列式为1的实正交3×3正交 矩阵的群的双面覆盖,因为每两个单位四元数通过上述关系对应于一个转动。群和同构,是行列式为1的复酉 2×2矩阵的群。令为形为的四元数的集合,其中或者都是整数或者都是分子为奇数分母为2的有理数。集合是一 个环,并且是一个格。该环中存在 24个四元数,而它们是施莱夫利符号为的正二十四胞体的顶点。

学习四元数笔记

学习四元数笔记

复数是由实数加上虚数单位i 组成,其中i^2 = -1 \,。

相似地,四元数都是由实数加上三个元素i、j、k 组成,而且它们有如下的关系:i^2 = j^2 = k^2 = ijk = -1 \,每个四元数都是1、i、j 和k 的线性组合,即是四元数一般可表示为a + bi + cj + dk \,。

四元数不像实数或复数那样,它的乘法是不可交换的,看乘数表四元数的优点是:表达式无奇点(和例如欧拉角之类的表示相比)比矩阵更简炼(也更快速)单位四元数的对可以表示四维空间中的一个转动。

以矩陣表示四元數[编辑]有兩種方法能以矩陣表示四元數,並以矩陣之加法、乘法應用於四元數之加法、乘法。

第一種是以二階複數矩陣表示。

若h = a + bi + cj + dk 則它的複數形式為:這種表示法有如下優點:所有複數(c = d = 0) 就相應於一個實矩陣。

四元數的絕對值的平方就等於矩陣的行列式。

四元數的共軛值就等於矩陣的共軛轉置。

對於單位四元數(|h| = 1) 而言,這種表示方式給了四維球体和SU(2)之間的一個同型,而後者對於量子力學中的自旋的研究十分重要。

(請另見泡利矩陣)第二種則是以四階實數矩陣表示:其中四元數的共軛等於矩陣的轉置。

(转载)四元数入门(2012-02-14 00:52:24)转载▼标签:computer graphic quaternion 四元数it 分类:学习(转载)四元数入门---------------------------------------------------------------------/showthread.asp?threadid=735114元数宝典这是国内找不到的超好文章。

(为什么大陆的4元数文章很垃圾呢?)(翻译中。

奉献给大家~~)70秒即懂,能使用,用四元数,4元数,阔特尼恩,Quaternion旋转(C) 中田亨(独立行政法人产业技术综合研究所数字人类研究中心研究员博士(工学))2003年11月25日★这个页面的对象读者想把三次元的旋转,用CG等定量地处理的人使用欧拉角(Euler Angles)的话,不懂得其道理的人卡尔丹角和欧拉角(Cardan Angles)不能区别的人对吉恩瓦尔洛克很困惑的人但是,对数学之类麻烦的事情很讨厌的人想要实例程序的人没有时间的人★旋转篇:我将说明使用了四元数(si yuan shu, quaternion)的旋转的操作步骤(1)四元数的虚部,实部和写法所谓四元数,就是把4个实数组合起来的东西。

四元数详解

四元数详解

四元数详解四元数是一种数学概念,它在多个领域都有广泛的应用。

在计算机图形学中,四元数用于表示旋转变换。

下面我将以人类的视角来介绍四元数的定义、性质和应用。

四元数是一种扩展了复数的数学结构。

它由一个实部和三个虚部组成,可以写成q = a + bi + cj + dk的形式,其中a、b、c、d分别是实数,i、j、k是虚数单位。

与复数一样,四元数也有加法和乘法运算。

我们来看四元数的定义。

四元数的实部a对应于实数部分,而虚部bi + cj + dk对应于虚数部分。

四元数的加法定义很简单,就是将实部和虚部分别相加。

而乘法则稍微复杂一些,需要使用四元数的乘法规则:i² = j² = k² = ijk = -1。

通过这个规则,我们可以计算出两个四元数的乘积。

接下来,我们来探讨一下四元数的性质。

首先,四元数的加法满足交换律和结合律。

然而,四元数的乘法不满足交换律,即ab ≠ ba。

此外,四元数的乘法满足结合律,但不满足分配律。

这些性质使得四元数的运算有一些独特的特点。

四元数在计算机图形学中有广泛的应用。

由于四元数可以用于表示旋转变换,因此在三维游戏和动画中经常被用到。

与传统的欧拉角相比,四元数具有很多优点,例如不存在万向锁问题和旋转插值更加平滑。

因此,使用四元数可以提高计算机图形学的效率和质量。

除了计算机图形学,四元数还在其他领域有着重要的应用。

例如,在航空航天领域,四元数可以用于表示飞行器的姿态和旋转控制。

在物理学中,四元数可以用于描述粒子的自旋。

此外,四元数还可以用于解决某些数学问题,例如解四次方程和计算曲线的弯曲度。

四元数是一种重要的数学概念,具有广泛的应用。

它在计算机图形学、航空航天和物理学等领域都发挥着重要作用。

通过深入理解四元数的定义、性质和应用,我们能够更好地应用它们解决实际问题,推动科学技术的发展。

四元数概念

四元数概念

四元数概念四元数(Quaternions)是一种数学工具,它是由爱尔兰数学家 William Rowan Hamilton 于1843年发明的。

四元数被广泛应用于计算机图形和动画,机器人控制,摄影测量,化学和物理的研究中。

四元数具有复数的性质并且比复数更为丰富。

复数是由一个实部和一个虚部组成的,而四元数是由一个实部和三个虚部组成的。

四元数的定义如下:Quaternions = {a + bi + cj + dk | a, b, c, d∈R}i²=j²=k²=ijk=-1在四元数中,公式(1)具有一些有趣的特性,这使得四元数成为一种非常有用的工具。

其中一条是四元数具有完整的乘法结构,即使在虚部之间的乘法也是如此。

在计算机图形和动画应用中,四元数极为有用,因为它可以表示多种变换操作(如平移,旋转和缩放)。

q = cos(theta/2) + sin(theta/2)*(vi + vj + vk)这里,cos是余弦函数,sin是正弦函数,theta是旋转角度,v表示旋转轴的单位向量。

p + q = (a1 + a2) + (b1 + b2)i + (c1 + c2)j + (d1 + d2)kkp = ka + kb*i + kc*j + kd*k这些运算遵循基本的加、减和乘法法则,类似于向量的运算。

这些规则具有一些有趣的性质,四元数的乘法不是可交换的,即pq≠qp。

四元数是一种非常有用的数学工具,尤其是在计算机图形和动画,机器人控制,摄影测量,化学和物理的应用中。

它包含了复数所具有的性质,并增加了第三个和第四个虚部,使得它更加丰富和灵活。

四元数还具有证明某些矢量不变性的作用。

对于一个物体的旋转,它的角速度可以通过四元数的导数来表示,这个导数有一个重要的应用,即可以证明质心不受任何外部力矩的影响而保持恒定,这被称为质点定则证明。

四元数还与矩阵有密切的联系。

事实上,四元数乘法可以被转换为矩阵运算,它的实部和虚部也可以被表示为一个4x4的旋转矩阵。

四元数激活函数

四元数激活函数

四元数(Quaternion)是一种扩展实数域的数系,可以用于表示和解决一些复杂的问题,如旋转和方向。

在深度学习中,四元数有时被用作激活函数或归一化方法,特别是在处理3D 数据时。

四元数激活函数的基本思想是将一个实数或复数向量映射到一个四元数空间。

这样做的目的是为了更好地表示和编码3D旋转和方向信息。

一个简单的四元数激活函数可以定义为:
(q(x) = w + xi + xj + zk)
其中(w, x, y, z) 是实数,且(i, j, k) 满足(i^2 = j^2 = k^2 = -1)。

为了将一个实数或复数向量映射到四元数空间,我们首先需要定义一个嵌入函数,比如:
(q(x) = cos(x) + sin(x)i + sin(x)j + sin(x)k)
然后,我们可以通过这个嵌入函数将实数或复数向量映射到四元数空间。

四元数激活函数在深度学习中的应用通常是为了更好地表示和处理3D数据,比如3D点云、3D形状等。

通过使用四元数激活函数,我们可以更好地捕获和编码3D旋转和方向信息,从而提高模型的性能和准确性。

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I.J. Intelligent Systems and Applications, 2018, 5, 1-13
Published Online May 2018 in MECS (/) DOI: 10.5815/ijisa.2018.05.01
Simplified Real-, Complex-, and QuaternionValued Neuro-Fuzzy Learning Algorithms
M. A. H. Akhand
Dept. of Computer Science and Engineering, Khulna University of Engineering and Technology, Bangladesh E-mail: akhand@cse.kuet.ac.bd
Md. Monirul Islam
Dept. of Human and Artificial Intelligence Systems, Graduate School of Engineering, University of Fukui, Japan E-mail: murase@u-fukui.ac.jp Received: 09 November 2017; Accepted: 29 January 2018; Published: 08 May 2018 Abstract—The conventional real-valued neuro-fuzzy method (RNF) is based on classic fuzzy systems with antecedent membership functions and consequent singletons. Rules in RNF are made by all the combinations of membership functions; thus, the number of rules as well as total parameters increase rapidly with the number of inputs. Although network parameters are relatively less in the recently developed complex-valued neuro-fuzzy (CVNF) and quaternion neuro-fuzzy (QNF), parameters increase with number of inputs. This study investigates simplified fuzzy rules that constrain rapid increment of rules with inputs; and proposed simplified RNF (SRNF), simplified CVNF (SCVNF) and simplified QNF (SQNF) employing the proposed simplified fuzzy rules in conventional methods. The proposed simplified neuro-fuzzy learning methods differ from the conventional methods in their fuzzy rule structures. The methods tune fuzzy rules based on the gradient descent method. The number of rules in these methods are equal to the number of divisions of input space; and hence they require significantly less number of parameters to be tuned. The proposed methods are tested on function approximations and classification problems. They exhibit much less execution time than the conventional counterparts with equivalent accuracy. Due to less number of parameters, the proposed methods can be utilized for the problems (e.g., real-time control of large systems) where the conventional methods are difficult to apply due to time constrain. Index Terms—Fuzzy inference, neuro-fuzzy, complexvalued neural network, quaternion neural network, function approximation, classification. Copyright © 2018 MECS
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Simplified Real-, Complex-, and Quaternion-Valued Neuro-Fuzห้องสมุดไป่ตู้y Learning Algorithms
classification [15–20], and image processing [17]. Furthermore, neuro-fuzzy methods using complex-valued inputs and outputs have been proposed and applied to image processing and time-series prediction [22, 23]. In addition, recent studies of neuro-fuzzy methods heaving complex-valued or quaternion-valued inputs and realvalued outputs exhibit better learning ability than the conventional methods [24-28]. The conventional real-valued neuro-fuzzy method (RNF) is based on classic fuzzy systems with antecedent membership functions and consequent singletons. When training data with input-output mapping are given to the network, the membership functions and singletons are tuned by back propagation algorithm. However, the number of fuzzy rules rapidly increases with the increment of the number of inputs. In the RNF, the number of fuzzy rules is calculated by the number of inputs to the power of the number of divisions of input space; hence, the learning time increases with inputs. RNF extensions in complex and quaternion domains reduce the network parameters of a given problem with a less number of inputs. Complex-valued neuro-fuzzy method (CVNF) has complex-valued fuzzy rules whose inputs, membership functions, and singletons are complex numbers, and outputs are real numbers. On the other hand, quaternion neuro-fuzzy method (QNF) has quaternionvalued fuzzy rules whose inputs, membership functions, and singletons are quaternions, and outputs are real numbers. Different individual activation functions are investigated to get real-valued outputs from complexvalued net-input and quaternion-valued net-input in CVNF and QNF, respectively. The network parameters of CVNF and QNF are tuned by complex-valued and quaternion-based back propagation algorithms, respectively [24-28]. The CVNF can treat two real-valued inputs as one complex-valued input, and the QNF can treat four realvalued inputs as one quaternion-valued input. Thus, when RNF, CVNF, and QNF are applied to the same problem, CVNF and QNF have fewer network parameters than RNF. CVNF and QNF have also shown better learning abilities for function approximations and classifications due to less variables. In the function approximations, CVNF has identified some nonlinear functions better than RNF [24, 25]. In classifications, QNF has shown better classification abilities than RNF [27]. Nevertheless, both CVNF and QNF still have the problem of rapidly increasing number of parameters when the number of inputs increases. This study investigates simplified fuzzy rules that constrain rapid increment of rules with inputs; and proposed simplified RNF (SRNF), simplified CVNF (SCVNF) and simplified QNF (SQNF) employing the proposed simplified fuzzy method in conventional methods. The proposed SRNF, SCVNF, and SQNF are new neuro-fuzzy learning methods that differ from the conventional methods in their fuzzy rule structures. These new methods have simplified the fuzzy rules, and tuned the fuzzy rules based on the gradient descent method. In these methods, the number of rules are equal to the Copyright © 2018 MECS
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