牛顿法和拟牛顿法

本文详细介绍了牛顿法和拟牛顿法在求解无约束最优化问题中的应用,包括它们的基本原理、算法流程及优缺点。通过一元函数的二阶泰勒展开,解释了如何使用这些方法找到目标函数的极小值点。重点阐述了牛顿法利用海塞矩阵的逆矩阵来加速收敛的过程,以及拟牛顿法通过近似计算简化这一复杂步骤的方法。

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  梯度下降在逻辑回归中已经介绍过,它是求解无约束最优化问题的常用方法,而牛顿法和拟牛顿法也是求解无约束最优化问题的常用方法,且收敛速度更快。牛顿法是迭代算法,每一步都需要求解目标函数的海塞矩阵的逆矩阵,计算比较复杂。拟牛顿法通过正定矩阵近似海塞矩阵的逆矩阵或海塞矩阵,简化了这一计算过程。

1.牛顿法

  考虑无约束最优化问题:

minxRnf(x)

其中x为目标的极小值点。
  备用知识——一元f(x)、二阶泰勒展开

f(x)=f(x(k))+f(x(k))(xx(k))+12f′′(x(k))(xx(k))2

  假设f(x)具有二阶连续偏导数,若第k次迭代值为x(k),则可将f(x)x(k)附近进行二阶泰勒展开:

f(x)=f(x(k))+gTk(xx(k))+12(xx(k))TH(x(k))(xx(k))

其中,gk=g(x(k))=f(x(k))f(x)的梯度向量在点x(k)的值,H(x(k))f(x)的海塞矩阵(Hesse matrix):

H(X)=[2fxixj]n×n

  
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