🤖 【資料科學的數學基礎課|第9課】想學AI,為什麼要會微積分?中學生也能懂的導數入門

更新於 發佈於 閱讀時間約 3 分鐘

你有沒有想過,學AI(人工智慧)真的需要學數學嗎?

答案是:要,而且很重要!

但別擔心,這篇文章會用簡單的比喻帶你認識一個超實用的數學工具:導數(Derivatives)。它是學習機器學習(Machine Learning)前必備的關鍵之一。

📌 為什麼資料科學家要懂導數?

我們先說一個簡單例子:

想像你正在訓練一個AI幫你做功課(不建議這樣做啦🤣)。你會希望它越做越聰明,每次錯了,就要學乖一點。

這個「讓AI變聰明的過程」背後就靠一個方法,叫做 梯度下降(Gradient Descent),簡單來說就是:

往正確方向走一點點,再走一點點,直到走到答案附近。

而導數,就像是這個「方向感」,告訴我們該往哪邊走、該走多快。


📘 什麼是導數?

你可以用三種方式來想導數:

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我們用一個例子說明:

✏️ f(x) = 3x⁵

這是一個函數(像公式),我們想知道它的變化速度是多少。

套用「冪次法則」:

  • 指數乘到前面 → 5 × 3 = 15
  • 再把指數減1 → x⁴

所以:

f'(x) = 15x⁴

這就是它的「導數」。


🧠 導數規則超快速筆記

幾個常見的導數規則,用對了速度加倍!

raw-image

✅ 小技巧:會微分的人,在機器學習中能幫助AI「更快學會」。


🔍 結語:這些數學要幹嘛用?

你也許會想:「這些導數規則那麼多,要背起來嗎?」

其實最重要的是:你知道它們的用處在哪。

像是:

  • PCA(主成分分析):找出最重要的資訊 → 要用到微分
  • 神經網路訓練:靠梯度下降不斷調整 → 一定要用導數
  • 計算損失函數的變化:微分是關鍵工具!

未來你會慢慢發現,這些工具都是讓AI越學越聰明的魔法棒 🔮


📚 下一步你可以這樣做:

  • 練習幾個簡單的導數題目(像是 x²、x³)
  • 試著畫出曲線,看看變化速度是什麼樣子
  • 想像自己是 AI 教練,要怎麼幫 AI 找到正確方向

👋 如果你覺得這樣的數學解釋很有趣,歡迎追蹤這個系列:

我們會繼續用簡單的方式,解開機器學習背後的數學秘密!


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溫蒂的夢幻島航海日誌
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我是 Wendy,一位相信知識可以讓世界更美好的學習者。 白天是品保工程師,晚上是資料筆記的整理者。 正在深入統計與品質管理,也持續探索資料科學與商業邏輯的連結。 偶爾也會記錄家庭經營、親子對話與自由工作者的嘗試。 每一篇文章,都是給自己的備忘錄,也希望成為你前行路上的地圖。
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