點到直線距離


先說結論:

假設平面的一般式方程

  • Ax +By +Cz + D = 0

  • 其中n = (A, B, C)是平面的法向量

  • 法向量的A,B,C可以和D同時乘以或除以一個數,所代表的平面不變。

  • 任意一個點到平面距離一般形式:(更高緯也ok)

\[d=\frac{平面方程代入點坐標}{平面法向量的二范數} \]

  • 標量形式:

\[d=\frac{Ax +By +Cz+D}{\sqrt{A^2 + B^2 + C^2}} \]

  • 向量形式:
    平面可以表示為\(w^Tx + b = 0\),可以是N維超平面,則:

\[d=\frac{|w^Tx + b|}{||w||} \]

標量形式,以三維為例:

平面的一般式方程

Ax +By +Cz + D = 0

其中n = (A, B, C)是平面的法向量,D是將平面平移到坐標原點所需距離(所以D=0時,平面過原點)

向量的模(長度/二范數)

給定一個向量V(x, y, z),則\(|V| = \sqrt{x^2 + y^2 + z^2}\)

向量的點積(內積)

給定兩個向量\(\vec V_1(x_1, y_1, z_1)\)\(\vec V_2(x_2, y_2, z_2)\)則他們的內積是

\(<V_1·V_2> = x_1x_2 + y_1y_2 + z_1z_2\)

點到平面的距離

幾何解法:

有了上面的准備知識,則求點到直線的距離不再是難事,有圖有真相

如果法相量是單位向量的話,那么分母為1

向量形式:

其實就是SVM的幾何間隔過程,假設有平面:

如果已知平面方程\(w^Tx + b = 0\)和A點的坐標
For point A, which represents the input \(x^{(i)}\) with label \(y ^{(i)} = 1\), its distance to the decision boundary,$y ^{(i)} $ , is given by the line segment AB.
**Question: how to find the value of \(γ ^{(i)}\) ?
** 如何計算出來A到平面的距離 \(γ ^{(i)}\)

  • Point B is given by \(x ^{(i)} − γ ^{(i)} ω/ ||ω||_2\)
    • 假如A是\((x^{(i)},y^{(i)})\),B的X坐標可以使用γ和A的坐標計算出來。
    • 就是: \(x ^{(i)} − γ ^{(i)} ω/ ||ω||_2\) (因為長度是\(γ\),w是法向,除掉之后是單位向量。A的x減去法向上的長度就是B的x的值?)
  • B lies in the decision boundary:
    • 因為B在決策邊界(分類面)上,把B的x坐標代入分類面(或直線)方程:


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