Оглавление
- 1 Теорема о разделении гиперплоскостей
- 1.1 Теорема о разделении гиперплоскостей
- 1.2 Доказательство теоремы
- 1.3 Обобщение на бесконечномерные пространства
- 1.4 Следствия и контрпримеры
- 1.5 Применение в методах опорных векторов
- 1.6 Расширение аффинной области
- 1.7 Обратная теорема
- 1.8 Контрпримеры и уникальность
- 1.9 Рупорный угол
- 1.10 Лемма Фаркаса и связанные результаты
- 1.11 Использование для обнаружения столкновений
- 1.12 Полный текст статьи:
- 2 Теорема о разделении гиперплоскости
Теорема о разделении гиперплоскостей
-
Теорема о разделении гиперплоскостей
- Теорема утверждает, что между двумя непересекающимися выпуклыми множествами в n-мерном евклидовом пространстве существует гиперплоскость.
- В одной версии теоремы, если множества замкнуты и хотя бы одно из них компактно, гиперплоскость разделяет их строго.
- В другой версии, если множества открыты, гиперплоскость разделяет их, но не обязательно строго.
-
Доказательство теоремы
- Доказательство основано на лемме, утверждающей существование точек на минимальном расстоянии между множествами.
- Построение гиперплоскостей, перпендикулярных отрезку между точками, доказывает теорему.
-
Обобщение на бесконечномерные пространства
- Теорема Хана-Банаха обобщает теорему на бесконечномерные пространства.
- В бесконечномерных пространствах существуют примеры, когда множества не могут быть разделены замкнутой гиперплоскостью.
-
Следствия и контрпримеры
- Теорема о разделении гиперплоскостей имеет следствия для открытых и замкнутых множеств.
- Существуют контрпримеры, показывающие, что теорема не всегда верна.
-
Применение в методах опорных векторов
- Оптимально разделяющая гиперплоскость используется в методах опорных векторов.
- Гиперплоскость с максимальным запасом разделяет две выпуклые оболочки точек и равноудалена от них.
-
Расширение аффинной области
- Если аффинный промежуток A не охватывает всё пространство Rn, его расширяют до опорной гиперплоскости.
- Повторное привязка (A) = int(A) отделена от повторного привязки ({a0}) = {a0}, что позволяет применить теорему.
-
Обратная теорема
- Существование гиперплоскости, разделяющей два выпуклых множества, не означает, что они не пересекаются.
- Оба множества могут иметь точки на гиперплоскости.
-
Контрпримеры и уникальность
- Если один из A или B не выпуклый, возможны контрпримеры.
- Замкнутые полуплоскость и гипербола не имеют строго разделяющей гиперплоскости.
- Замкнутый квадрат и открытый квадрат могут иметь разные разделяющие гиперплоскости.
- Разделяющая гиперплоскость может быть уникальной или нет.
-
Рупорный угол
- В R2 единичный диск не пересекается с открытым интервалом, но единственная разделяющая гиперплоскость содержит все точки интервала.
- Если A закрыт, а B относительно открыт, не обязательно существует строгое разделение для B.
- Если A замкнутый многогранник, такое разделение существует.
-
Лемма Фаркаса и связанные результаты
- Лемму Фаркаса можно понимать как теоремы о разделении гиперплоскостей для выпуклых тел, определяемых конечным числом линейных неравенств.
-
Использование для обнаружения столкновений
- Теорема о разделяющей оси используется для обнаружения столкновений между полигональными сетками.
- Нормаль к каждой грани или другое направление элемента используется как разделительная ось.
- В 3D требуются дополнительные оси из перекрестных произведений пар ребер.
- Параллельные оси могут быть рассчитаны как единая ось для повышения эффективности.