最速下降法

1. 定义
一阶最优化算法。
以负梯度方向作为极小化方法的下降方向,即 (1.1)

2. 为什么负梯度方向是下降最快的方向?

(1)将目标函数f(x)在x_k处泰勒级数展开,如下所示:

(2.1)

其中x_k表示第k次极值迭代点,是f(x)在x_k处的偏导,o(x_k)表示高阶无穷小。

(2)将迭代公式(标准的line search公式,其中p是下降方向,一般有||p||=1,而α是迭代步长,可以通过wolfe condition得到)代入(2.1),可得

(2.2)

从而为了让,需要使o(x_k)高阶无穷下,可以忽略)。

(3)和 都是向量,从而满足下式

(2.3),可得

(2.4)

根据为了使(2.4)式取得最小值,有,即此时 刚好是梯度反方向,由公式表示如下:

(2.5)

3. 优缺点
优点:
(1)程序简单,计算量小;
(2)对初始点没有特别的要求;
(3)最速下降法是整体收敛的,且为线性收敛
缺点:
(1)它只在局部范围内具有“最速”属性, 对整体求解过程,它的下降速度是缓慢的;
(2)靠近极小值时速度减慢;
(3)可能会'之字型'地下降

4. 参考文献
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A2%AF%E5%BA%A6%E4%B8%8B%E9%99%8D%E6%B3%95
http://www.codelast.com/?p=2573
http://www.codelast.com/?p=8006


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