第三节- 超平面

article/2025/9/17 6:27:04

这一节我们来讲一个新的东西,叫做 超 平面( hyper-plane)。 

其实这个东西本身并不难理解。 只是我们在三维直角坐标系里面习惯了 直线 平面什么的,可能有些疑惑而已。 

老规矩,我们先甩出定义:

超平面 hyperplane \{ x\in R^{n}, Sx = b \}

看起来,超平面是这样的一些‘  点 ’, 满足关系Sx = b, 通常S 与 b呢又是常数。 这个东西看起来是不是和直线的定义有点像啊。 是的,本质上就是一个线性关系。

其实以前高中定义的平面也是一个线性关系。

我们说 ax + by +cz = d 是一个平面。 我们把三个变量 x,y,z 写成一个向量 X, 三个常数a,b,c 写成一个向量S, 是不是也一样得到了 SX=d 了呢。

所以超平面就是表示一个特殊的线性关系。几何上,我们可以把这个式子理解为一个“平面”。

有了超平面,我们就可以定义 半空间 了。

其实 超平面的两边都是半空间,具体的

H_{sub}^{+} = \{ x\in R^{n}, Sx \geq b \}

H_{sub}^{-} = \{ x\in R^{n}, Sx \leq b \}

这里有一个小的结论,就是凸集都可以通过超平面切割出来,而非凸集合就不能。

我们换一个示意图就是:

 我们看,右边这个非凸的集合,总是存在这么一个阴影部分。

接着我们说一下超平面的分离定理。

意思很简单,就是如果两个凸集不相交,那么我们就能找到一个超平面,把这两个凸集分开。

 是不是很形象啊。中间这个平面就是分离超平面 seperate hyperplane。

除了分离超平面,我们还有支撑超平面 support hyperplane

definition : 对于集合C中的一点x_{0},其支撑超平面的定义为\{ x\in R^{n} \vert ax = ax_{0} \},同时满足a \neq 0, ax \leq ax_{0}, x \in C

如果集合为凸集,则每一个点都有一个支撑超平面。

 这个定义看起来感觉有点云里雾里的, 其实支撑超平面的几何意思也很清楚,就是“切线”的意思

 也不难理解吧。今天就这么多吧,贪多嚼不烂,任何事情都有个过程。下一篇博客,我们接着讲 锥的定义。 祝大家事事顺心,方便的话,请留下您的赞,万分感谢。


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