两类梯度非Lipschitz连续的优化算法

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最优化是许多数值计算相关的研究领域(例如机器学习,深度学习,信号处理和工业设计等)支撑技术.其中拟牛顿方法是求解非线性最优化问题中应用最广泛的方法之一.如今,用来解决无约束,约束的优化问题的软件包含了大量的拟牛顿方法.然而,面对梯度非Lipschitz连续的问题时,目前的拟牛顿算法可能会失效.这促使我们在经典拟牛顿公式的基础上,寻找一种用于梯度非Lipschitz连续非凸优化的拟牛顿方法.因此,更进一步地探究拟牛顿相关算法的理论性质和应用场景十分必要.Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno(BFGS)方法因其理论成果丰富,数值表现优异成为最受关注的拟牛顿方法之一.于是本文就以此方法作为基础.首先,提出了有助于实现信赖域性质的阻尼的BFGS更新规则.其次,BFGS方法最令人津津乐道的特性是其自校正性质.为了使这一性质具有更好的性能,利用阻尼的更新规则,通过对更新公式的第三项进行缩放,使其能够更好的校正大特征值.借助信赖域的强收敛性以及自校正性,提出了两种针对梯度非Lipschitz连续非凸优化的拟牛顿方法.在Armijo线搜索或者弱Wolfe-Powell(WWP)线搜索下,建立了全局收敛性.在适当的条件下获得了超线性收敛速率.与此同时,借助信赖域的性质,也提出了一类不需要线搜索的的算法,同样获得了全局收敛性.初步的数值实验表明,提出的算法的计算效率相对于其他的BFGS类方法具有竞争性.并且,我们知道拟牛顿方法是一种特殊的共轭梯度(CG)方法.因此针对CG方法,在保留算法充分下降性的同时增加了其自适应性,从而实现了信赖域的性质.也获得了全局收敛性的结果.
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