【导读:当今人类即将或者已然了进入智能时代,这是·情报通·人工智能科普系列第[13]篇文章,欢迎阅读和收藏】

1 基本概念

积分是微积分学与数学分析里的一个核心概念。通常分为定积分和不定积分两种。直观地说,对于一个给定的正实值函数,在一个实数区间上的定积分可以理解为在坐标平面上,由曲线、直线以及轴围成的曲边梯形的面积值(一种确定的实数值)。

积分的一个严格的数学定义由波恩哈德·黎曼给出(参见条目“黎曼积分”)。黎曼的定义运用了极限的概念,把曲边梯形设想为一系列矩形组合的极限。从十九世纪起,更高级的积分定义逐渐出现,有了对各种积分域上的各种类型的函数的积分。比如说,路径积分是多元函数的积分,积分的区间不再是一条线段(区间 [a,b] ),而是一条平面上或空间中的曲线段;在面积积分中,曲线被三维空间中的一个曲面代替。对微分形式的积分是微分几何中的基本概念。积分具有线性、保号性和介值性质。

人工智能量子数学计算(人工智能No.13数学分析之积分)(1)

2 术语和标记

如果一个函数的积分存在,并且有限,就说这个函数是可积的。一般来说,被积函数不一定只有一个变量,积分域也可以是不同维度的空间,甚至是没有直观几何意义的抽象空间。如同上面介绍的,对于只有一个变量 x 的实值函数 f , f 在闭区间 [a,b] 上的积分记作

人工智能量子数学计算(人工智能No.13数学分析之积分)(2)

其中的除了表示 x 是 f 中要进行积分的那个变量(积分变量)之外,还可以表示不同的含义。在黎曼积分中, dx表示分割区间的标记;在勒贝格积分中,表示一个测度;或仅仅表示一个独立的量(微分形式)。一般的区间或者积分范围 J , J 上的积分可以记作

人工智能量子数学计算(人工智能No.13数学分析之积分)(3)

3 详细说明

定义积分

方法不止一种,各种定义之间也不是完全等价的。其中的差别主要是在定义某些特殊的函数:在某些积分的定义下这些函数不可积分,但在另一些定义之下它们的积分存在。然而有时也会因为教学的原因造成定义上的差别。最常见的积分定义是黎曼积分和勒贝格积分。

黎曼积分

黎曼积分得名于德国数学家 波恩哈德 · 黎曼 ,建立在函数在区间取样分割后的黎曼和之上。

勒贝格积分

勒贝格积分的出现源于概率论等理论中对更为不规则的函数的处理需要。黎曼积分无法处理这些函数的积分问题。因此,需要更为广义上的积分概念,使得更多的函数能够定义积分。同时,对于黎曼可积的函数,新积分的定义不应当与之冲突。勒贝格积分就是这样的一种积分。 黎曼积分对 初等函数 和分段连续的函数定义了积分的概念,勒贝格积分则将积分的定义推广到 测度空间 里。

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