Math Problem Statement

给出标准的解题过程及答案,不需要多余的文字解释,用中文回答

求解矩阵函数 \(\operatorname{Tr}(X^\top AXX^\top)\) 对 \(X\) 的梯度,已知 \(A \in \mathbb{R}^{m \times m}\)。

Solution

解题步骤如下:

已知函数 f(X)=Tr(XAXX)f(X) = \operatorname{Tr}(X^\top A X X^\top),其中 ARm×mA \in \mathbb{R}^{m \times m}

  1. 写出函数表达式: f(X)=Tr(XAXX)f(X) = \operatorname{Tr}(X^\top A X X^\top)

  2. 利用矩阵求导法则: 根据矩阵求导规则,先化简 f(X)f(X)f(X)=Tr(XAXX)=Tr(XXXA)f(X) = \operatorname{Tr}(X^\top A X X^\top) = \operatorname{Tr}(X X^\top X^\top A)

    XX 求导,利用 Tr(AB)\operatorname{Tr}(AB) 对矩阵求导规则: XTr(XAXX)=4AXX\frac{\partial}{\partial X} \operatorname{Tr}(X^\top A X X^\top) = 4AXX^\top

  3. 答案: 梯度为: Xf(X)=4AXX\nabla_X f(X) = 4AXX^\top

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提示

对矩阵函数求导时,牢记对称性和迹函数的基本性质有助于快速化简结果。

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Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Matrix Calculus
Trace Function
Matrix Derivatives

Formulas

f(X) = \operatorname{Tr}(X^\top AXX^\top)
\frac{\partial \operatorname{Tr}(X^\top AXX^\top)}{\partial X} = 4AXX^\top

Theorems

Trace Derivative Rule

Suitable Grade Level

Undergraduate (Mathematics, Engineering)