量子机器学习有可能为人工智能提供强大的算法。在量子机器学习中追求量子优势是一个活跃的研究领域。对于目前有噪声的中型量子计算机,已经提出了各种量子-经典混合算法。一种先前提出的混合算法是基于门的变分嵌入分类器,它由经典神经网络和参数化的基于门的量子电路组成。我们提出了一种基于模拟量子计算机的量子变分嵌入分类器,其中控制信号随时间连续变化:我们特别关注的是使用量子退火器的实现。在我们的算法中,通过线性变换将经典数据转换为模拟量子计算机的时变哈密顿量的参数。非线性分类问题所需的非线性纯粹由模拟量子计算机通过最终量子态对哈密顿量控制参数的非线性依赖性提供。我们进行了数值模拟,证明了我们的算法对线性不可分数据集(例如同心圆和 MNIST 数字)进行二分类和多类分类的有效性。我们的分类器可以达到与最佳经典分类器相当的准确度。我们发现,通过增加量子比特的数量可以提高分类器的性能,直到性能饱和并波动。此外,我们的分类器的优化参数数量与量子比特的数量成线性关系。因此,当我们的模型大小增加时,训练参数数量的增加速度不如神经网络快。我们的算法提出了使用当前量子退火器解决实际机器学习问题的可能性,并且它还可用于探索量子机器学习中的量子优势。
单元1:数学和统计基础演算:函数限制,连续性,可不同,连续分化的概念,Liebnitz Theorem,渐近线,确定的积分,降低公式,普通微分方程的顺序和程度,线性微分方程,线性微分方程具有恒定系数和laplace的恒定差异。代数:映射,组,亚组,矩阵,矩阵的基本操作,矩阵倒数,矩阵在线性方程系统中的应用,向量空间,线性变换及其矩阵表示。分析开放集,闭合集,限制,连续性,泰勒定理,拉格朗日的平均定理,罗尔定理,序列和系列,串联的收敛。概率分布:二项式,泊松和正常分布的基础知识及其在生物学中的应用。随机变量;离散且连续的概率分布,概率质量函数,概率密度函数,数学期望。几何平面,直线,球体,锥体,圆柱体,圆锥体。单元2:化学在生物信息学动力学中的作用,原子结构,周期性特性,化学键合,有机化合物中电子的分布。自然平衡,化学动力学,P和D块元素,立体化学,构型异构主义,对称性元素,手性。界面特性,热力学,第一过渡系列元素的化学性质,配位综合,有机金属化合物,Alicyclic化合物酯酯包括活性甲基元素,芳族化合物,核化合物,核化合物,零组元素,相位元素,相位规则和电化学。
写出一组线性方程的矩阵表示并分析方程组的解 查找特征值和特征向量 使用正交变换将二次形式简化为标准形式。 解决均值定理的应用。 使用 Beta 和 Gamma 函数评估不当积分 找到有/无约束的两个变量函数的极值。 评估多重积分并应用概念来寻找面积和体积 UNIT - I:矩阵 10 L 通过梯形和标准形式对矩阵进行秩,通过高斯-乔丹方法对非奇异矩阵进行逆运算,线性方程组:用高斯消元法、高斯赛德尔迭代法求解齐次和非齐次方程组。第二单元:特征值和特征向量 10 L 线性变换和正交变换:特征值、特征向量及其性质、矩阵对角化、凯莱-汉密尔顿定理(无证明)、用凯莱-汉密尔顿定理求矩阵的逆和幂、二次型和二次型的性质、用正交变换将二次型简化为标准形式。 第三单元:微积分 10 L 均值定理:罗尔定理、拉格朗日均值定理及其几何解释和应用、柯西均值定理、泰勒级数。应用定积分求曲线旋转的表面积和体积(仅限于笛卡尔坐标系)、不当积分的定义:Beta 函数和 Gamma 函数及其应用。第四单元:多元微积分(偏微分和应用)10 L 极限和连续性的定义。偏微分:欧拉定理、全导数、雅可比矩阵、函数依赖性和独立性。应用:使用拉格朗日乘数法求二元和三元函数的最大值和最小值。
模块 I(18 小时)- 矩阵初等变换 – 阶梯形式 – 通过简化为阶梯形式利用初等变换进行排序 – 利用初等变换解线性齐次和非齐次方程。向量的线性相关性和独立性 – 特征值和特征向量 – 特征值和特征向量的性质(不要求证明) – 线性变换 – 正交变换 – 对角化 – 利用正交变换将二次型简化为平方和 – 二次型的秩、指标、签名 – 二次型的性质 模块 2(18 小时) - 偏微分 偏微分:链式法则 – 齐次函数的欧拉定理陈述 – 雅可比矩阵 – 泰勒级数在二元函数中的应用 – 二元函数的最大值和最小值(不要求证明结果) 模块 3(18 小时) - 多重积分 笛卡尔和极坐标中的二重积分 – 积分阶数变换 – 使用二重积分计算面积 – 使用雅可比矩阵计算变量变换 – 笛卡尔、圆柱和球坐标中的三重积分 – 使用三重积分计算体积– 使用雅可比矩阵改变变量 – 简单问题。模块 4(18 小时) - 常微分方程 具有常数系数的线性微分方程 - 互补函数和特殊积分 - 使用参数变异法寻找特殊积分 - 欧拉柯西方程 - 勒金德方程 模块 5(18 小时) - 拉普拉斯变换 拉普拉斯变换 - 移位定理 - 变换的微分和积分 - 导数和积分的拉普拉斯变换 - 逆变换 - 卷积特性的应用 - 单位阶跃函数的拉普拉斯变换 - 第二移位定理(不需要证明) - 单位脉冲函数和周期函数的拉普拉斯变换 - 使用拉普拉斯变换解具有常数系数的线性微分方程。
写出一组线性方程的矩阵表示并分析方程组的解 查找特征值和特征向量 使用正交变换将二次形式简化为标准形式。 解决均值定理的应用。 使用 Beta 和 Gamma 函数评估不当积分 找到有/无约束的两个变量函数的极值。 评估多重积分并应用概念来寻找面积和体积 UNIT - I:矩阵 10 L 通过梯形和标准形式对矩阵进行秩,通过高斯-乔丹方法对非奇异矩阵进行逆运算,线性方程组:用高斯消元法、高斯赛德尔迭代法求解齐次和非齐次方程组。第二单元:特征值和特征向量 10 L 线性变换和正交变换:特征值、特征向量及其性质、矩阵对角化、凯莱-汉密尔顿定理(无证明)、用凯莱-汉密尔顿定理求矩阵的逆和幂、二次型和二次型的性质、用正交变换将二次型简化为标准形式。 第三单元:微积分 10 L 均值定理:罗尔定理、拉格朗日均值定理及其几何解释和应用、柯西均值定理、泰勒级数。应用定积分求曲线旋转的表面积和体积(仅限于笛卡尔坐标系)、不当积分的定义:Beta 函数和 Gamma 函数及其应用。第四单元:多元微积分(偏微分和应用)10 L 极限和连续性的定义。偏微分:欧拉定理、全导数、雅可比矩阵、函数依赖性和独立性。应用:使用拉格朗日乘数法求二元和三元函数的最大值和最小值。
数学是现代工程的语言,线性代数是其美国方言——不雅、实用、无处不在。本书旨在帮助工程专业的学生为人工智能、数据科学、动力系统、机器学习和其他领域的数学方面做好准备,这些领域的进步主要依赖于线性代数方法。读者在读本书时至少在微积分课程中接触过矩阵和向量。这些工具虽然已经作为计算设备为人们所熟悉,但它们包含值得仔细研究的更深层次的结构。我们的任务是在此计算能力的基础上,理解使现代工程方法成为可能的抽象框架。本书在重点和节奏上与标准线性代数课程不同。抽象向量空间出现较早,但始终服务于具体应用。奇异值分解和特征理论——对现代实践至关重要——到达了中间点,允许扩展动力学和数据科学中的应用。书中贯穿着实际例子,表明理论理解和实用实施是对称的。主题顺序平衡了教学必要性和当代相关性。线性方程组提供了一个切入点,通向向量空间和线性变换。内积和正交性构建了几何直觉,线性微分方程和迭代系统为特征分解提供了动力。奇异值分解既是理论的巅峰,也是通往强大应用的桥梁,例如主成分分析、低秩近似和神经网络。本书的存在是因为工程教育必须发展。虽然线性代数的基础保持稳定,但它们的应用却急剧扩展。今天的工程学生需要掌握抽象理论和实际实施——不仅仅是应用现有的工具,还要创造新的工具。线性代数不是终点,而是迈向更深层次数学结构的第一步。我们正是通过这个视角来探讨这个问题:作为当前实践和未来进步的门户。
写出一组线性方程的矩阵表示并分析方程组的解 寻找特征值和特征向量 利用正交变换将二次形式简化为标准形式。 解决均值定理的应用。 使用 Beta 和 Gamma 函数求不当积分 找出有/无约束的两个变量函数的极值。 评估多重积分并应用概念寻找面积、体积 UNIT-I:矩阵 10 L 通过梯形和标准形式对矩阵进行秩计算,通过高斯-乔丹方法对非奇异矩阵进行逆计算,线性方程组:通过高斯消元法、高斯赛德尔迭代法求解齐次和非齐次方程组。第二单元:特征值和特征向量 10 L 线性变换和正交变换:特征值、特征向量及其性质、矩阵对角化、凯莱-汉密尔顿定理(无证明)、利用凯莱-汉密尔顿定理求矩阵的逆和幂、二次型和二次型的性质、利用正交变换将二次型简化为标准形式。 第三单元:微积分 10 L 均值定理:罗尔定理、拉格朗日均值定理及其几何解释和应用、柯西均值定理、泰勒级数。应用定积分求曲线旋转的表面积和体积(仅在笛卡尔坐标系中)、不定积分的定义:Beta 函数和 Gamma 函数及其应用。 UNIT-IV:多元微积分(偏微分和应用)10 L 极限和连续性的定义。偏微分:欧拉定理、全导数、雅可比矩阵、函数依赖性和独立性。应用:使用拉格朗日乘数法求二元和三元函数的最大值和最小值。
项目名称 理学学士 – 人工智能与机器学习 课程代码/名称 UGAM101 / 线性代数与微积分 年份/学期 I / ILTPC 3 1 0 4 课程目标: 1. 用矩阵方法解释线性方程组的解。 2. 讨论级数的收敛和发散。 3. 解释二元函数的偏导数和极值 4. 讨论标量和矢量函数的物理解释 5. 讨论矢量线、曲面和体积积分。 课程成果: 成功完成课程后,学生将能够: 1. 应用矩阵方法解线性方程组 2. 测试无限级数的收敛和发散。 3. 确定二元函数的极值。 4. 将向量微分算子应用于标量和向量函数 5. 用格林函数求解线、表面和体积积分,UNIT-I 矩阵 12 矩阵的秩、梯形、线性方程组的一致性、向量的线性依赖性、特征值、特征向量、特征值的性质、凯莱-哈密顿定理、二次型、通过线性变换将二次型简化为标准形式、二次型的性质。UNIT-II 无穷级数 12 数列和级数收敛的定义。正项级数 – 收敛的必要条件、比较检验、极限形式比较检验、达朗贝尔比率检验、拉贝检验、柯西根检验、交错级数、莱布尼茨规则、绝对和条件收敛。 UNIT-III 偏微分及其应用 12 两个或多个变量的函数,偏导数,高阶偏导数,全导数,隐函数的微分,雅可比矩阵,两个变量函数的泰勒展开式,两个变量函数的最大值和最小值。 UNIT-IV 向量微分学 12 标量和向量点函数,向量算子 Del,梯度,方向导数,散度,旋度,Del 两次应用于点函数,Del 应用于点乘积
写出一组线性方程的矩阵表示并分析方程组的解 查找特征值和特征向量 使用正交变换将二次形式简化为标准形式。 解决均值定理的应用。 使用 Beta 和 Gamma 函数评估不当积分 找到有/无约束的两个变量函数的极值。 评估多重积分并应用概念来寻找面积和体积 UNIT - I:矩阵 10 L 通过梯形和标准形式对矩阵进行秩,通过高斯-乔丹方法对非奇异矩阵进行逆运算,线性方程组:用高斯消元法、高斯赛德尔迭代法求解齐次和非齐次方程组。第二单元:特征值和特征向量 10 L 线性变换和正交变换:特征值、特征向量及其性质、矩阵对角化、凯莱-汉密尔顿定理(无证明)、用凯莱-汉密尔顿定理求矩阵的逆和幂、二次型和二次型的性质、用正交变换将二次型简化为标准形式。 第三单元:微积分 10 L 均值定理:罗尔定理、拉格朗日均值定理及其几何解释和应用、柯西均值定理、泰勒级数。应用定积分求曲线旋转的表面积和体积(仅限于笛卡尔坐标系)、不当积分的定义:Beta 函数和 Gamma 函数及其应用。第四单元:多元微积分(偏微分和应用)10 L 极限和连续性的定义。偏微分:欧拉定理、全导数、雅可比矩阵、函数依赖性和独立性。应用:使用拉格朗日乘数法求二元和三元函数的最大值和最小值。
编写一组线性方程的矩阵表示,并分析方程系统的解决方案查找特征值和本征媒介使用正交转换将二次形式减少到规范形式。分析序列和序列的性质。在平均值定理上求解应用程序。使用beta和伽马函数评估不正确的积分找到两个具有/没有约束的变量的功能的极端值。单元I:矩阵矩阵:矩阵的类型,对称;隐士偏度对称;偏斜;正交矩阵;单一矩阵;按梯形形式和正常形式的矩阵等级,高斯 - 约旦方法的非单个矩阵倒数;线性方程系统;解决同质和非均匀方程的求解系统。高斯消除方法;高斯Seidel迭代方法。单元-II:特征值和本征载体线性变换和正交转换:特征值和特征向量及其特性:矩阵的对角线化; Cayley-Hamilton定理(没有证据);查找矩阵的逆向和力量由Cayley-Hamilton定理进行;二次形式的二次形式和性质;通过正交转换单位-III将二次形式的形式降低至规范形式:序列与串联序列:序列的定义,极限;收敛,发散和振荡序列。系列:收敛,发散和振荡系列;一系列积极术语;比较测试,p检验,D-Alembert的比率测试; Raabe的测试;库奇的整体测试;库奇的根测试;对数测试。泰勒的系列。交替系列:Leibnitz测试;交替收敛序列:绝对和有条件收敛。单元-IV:微积分平均值定理:Rolle的定理,Lagrange的平均值定理,其几何解释和应用,Cauchy的平均值定理。