BFGS güncellemesi için sezgisel motivasyon


15

Sayısal bir analiz anketi dersi veriyorum ve optimizasyonda sınırlı geçmişi / sezgisi olan öğrenciler için BFGS yöntemi için motivasyon arıyorum!

J k ( → x k - → x k - 1 ) = f ( → x k ) - f ( → x k - 1 )‖Jk−Jk−1‖Fro2Jk(x→k−x→k−1)=f(x→k)−f(x→k−1)

BFGS güncellemelerinin türevleri çok daha karmaşık ve bulanık görünüyor! Özellikle, varsaymak değil istiyorum önsel güncelleme rütbe-2 olmak veya belirli bir formu geçmesi gerektiğini söyledi. Broyden için olduğu gibi BFGS Hessian güncellemesi için kısa bir varyasyon görünümlü motivasyon var mı?


4
İsteğe bağlı bir güncellemeye izin verirseniz, tam Hessian'ı Newton yönteminde kullanabilirsiniz. Düşük seviyeli bir güncellemenin önemli bir hesaplama avantajı, yaklaşık Hessian'ın çarpanlarına ayırmasını çok hızlı bir şekilde güncellemenize izin vermesidir.
— Brian Borchers

Yanıtlar:


12

BFGS'nin türetilmesi, (kesinlikle) dışbükey maliyet fonksiyonlarını düşündüğünde daha sezgiseldir:

Yaklaşık bir çözüm olduğunu varsayalım x k . Daha sonra, f'nin minimum değeri kesilmiş Taylor genişlemesinin minimum f ( x k + p ) ≈ f ( x k ) + ∇ f ( x k ) T p + 1'e yaklaşır.

f(x)→minx∈R,n.
xkf Yani için bir görünüm olduğu p öyle ki ( * ) az ve setleri x k + 1 : = x k + p . ( ∗ ) - "nin p'ye göre"eğrisini hesaplamak vesıfıra ayarlamak H ( x k ) [ x k + 1 - x k ] = ∇ f ( x k + 1 ) - ilişkisini verir
f(xk+p)≈f(xk)+∇f(xk)Tp+12pT'H(xk)p.(*)
p(*)xk+1: =xk+p(*)p buradaki H , 'gradyanın Jacobianı' veya Hessian matrisidir.
'H(xk)[xk+1-xk]=∇f(xk+1)-∇f(xk),
'H

Hessian'ın hesaplanması ve ters çevrilmesi pahalı olduğu için ...


... kısa bir cevap

(Broyden en güncelleme karşılaştırınız) olabileceğini BFGS güncelleme minimize ‖ H - 1 k - H - 1 ‖ W bir akıllıca ağırlıklı seçilenin Frobemino normunda, konu'Hk+1-1

‖'Hk-1-'H-1‖W
  1. 'H[xk+1-xk]=∇f(xk+1)-∇f(xk)
  2. 'HT='H

W‖'H‖W: =‖W1/2'HW1/2‖F G,: =∫01'H(xk+τp)dταk=1

Önemli noktalar:

  • İkinci dereceden bir yaklaşım için çözüm tarafından fiili maliyetlerin çözümüne yaklaşmaya çalışır
  • Hessian'ın hesaplanması ve tersi pahalıdır. Biri basit güncellemeleri tercih eder.
  • Güncelleme gerçek Hessian yerine tersi için en uygun seçilmiştir .
  • Bunun bir rank-2 güncellemesi olması, Frobenius normundaki ağırlıkların belirli seçiminin bir sonucudur.

p


WW

Evet doğru. Bilmiyorum. Bir cevap, hesaplaması kolay ve iyi çalışan güncelleme formülü vermesidir. Tarihsel olarak, bu güncelleme yaklaşımı - güncelleme farkını en aza indirgemek - Shanno'nun yaklaşımıydı. Ağırlıkların belirli bir seçiminin Broyden ve Fletcher'ın formülüne yol açtığını tespit eden bir hakemdi (Goldfarb). Doktora tezine bakın BFGS geliştiricilerinin sezgileri için BFGS sekant yönteminin tarihsel gelişimi . Bununla birlikte, 3 yaklaşımın hepsi oldukça soyuttur.
— Ocak

1
İlginç, rehberlik için teşekkürler! Benim mevcut yazma (yardıma ihtiyacı olan bazı matematik hataları ile) burada: graphics.stanford.edu/courses/cs205a-13-fall/assets/notes/… (yardımınız için kredi istiyorsanız bunu sağlamaktan mutluluk duyuyorum - lütfen uygun iletişim bilgileriyle bana e-posta gönderin)
— Justin Solomon

'H(xk)[xk+1-xk]=∇f(xk+1)-∇f(xk)
'H(xk+1)[xk+1-xk]=∇f(xk+1)-∇f(xk)?
'Hk+1sk=yksk=xk+1-xk,yk=∇fk+1-∇fk
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.