×

针对大规模非光滑最小化和非线性方程组,提出了一种改进的Hestenes和Stiefel共轭梯度算法。 (英语) Zbl 1332.65081号

摘要:众所周知,非线性共轭梯度法对大规模光滑优化问题非常有效。然而,对于实际中经常遇到的大规模非光滑问题,它们的效率还没有得到广泛的研究。针对非光滑凸优化问题,提出了一种改进的Hestenes-Stiefel共轭梯度算法。该方法的搜索方向不仅具有充分的下降性,而且属于信赖域。在适当的条件下,建立了该算法的全局收敛性。数值结果表明,该方法可以成功地求解具有凸性和非凸性(最大维数为60000)的大规模非光滑问题。此外,我们研究了修正的Hestenes-Stiefel方法作为大型非线性方程的求解方法,并建立了其全局收敛性。最后,验证了非线性方程的数值结果,最大维数为100000。

MSC公司:

65千5 数值数学规划方法
90C26型 非凸规划,全局优化
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Kärkkäinen,T.,Majava,K.,Mäkelä,M.M.:图像恢复问题的公式和解决方法的比较。反向探测。17, 1977-1995 (2001) ·Zbl 1016.94004号 ·doi:10.1088/0266-5611/17/6/326
[2] Li,J.,Li,X.,Yang,B.,Sun,X.:基于分割的图像复制-移动伪造检测方案。IEEE传输。Inf.法医安全。10, 507-518 (2015) ·doi:10.10109/TIFS.2014.2381872
[3] Zhang,H.,Wu,Q.,Nguyen,T.,Sun,X.:通过修改的学生T-混合模型对合成孔径雷达图像进行分割。IEEE传输。地质科学。遥感52,4391-4403(2014)·doi:10.1109/TGRS.2013.2281854
[4] Mäkelä,M.M.,Neitaanmaki,P.:非光滑优化:分析和算法及其在最优控制中的应用。新加坡世界科学出版公司(1992)·Zbl 0757.49017号 ·数字对象标识代码:10.1142/1493
[5] Chen,S.S.,Donoho,D.L.,Saunders,M.A.:通过基追踪进行原子分解。SIAM J.科学。计算。20, 33-61 (1998) ·Zbl 0919.94002号 ·doi:10.1137/S1064827596304010
[6] Birge,J.R.,Qi,L.,Wei,Z.:一些非光滑凸优化方法收敛性的一般方法。申请。数学。最佳方案。38, 141-158 (1998) ·兹比尔0910.90228 ·doi:10.1007/s002459900086
[7] Rockafellar,R.T.:单调算子和近点算法。SIAM J.控制优化。14, 877-898 (1976) ·Zbl 0358.90053号 ·数字对象标识代码:10.1137/0314056
[8] Birge,J.R.,Qi,L.,Wei,Z.:最小化非光滑凸函数的一些方法的收敛性分析。J.优化。理论应用。97, 357-383 (1998) ·Zbl 0907.90216号 ·doi:10.1023/A:1022630801549
[9] Bonnans,J.F.,Gilbert,J.C.,Lemaréchal,C.,Sagastizábal,C.A.:可变度量近似方法家族。数学。程序。68, 15-47 (1995) ·兹比尔0832.9102
[10] Wei,Z.,Qi,L.:近似牛顿法的收敛性分析。数字。功能。分析。最佳方案。17, 463-472 (1996) ·Zbl 0884.90123号 ·网址:10.1080/01630569608816705
[11] Wei,Z.,Qi,L.,Birge,J.R.:非光滑凸优化的新方法。J.不平等。申请。2, 157-179 (1998) ·Zbl 0903.90131号
[12] Yuan,G.,Wei,Z.:非光滑凸优化问题的带非单调线搜索的Barzilai和Borwein梯度方法。数学。模型。分析。17, 203-216 (2012) ·Zbl 1242.90170号 ·数字标识代码:10.3846/13926292.2012.661375
[13] Sagara,N.,Fukushima,M.:非光滑凸优化的信赖域方法。J.工业管理。最佳方案。1, 171-180 (2005) ·Zbl 1177.90319号 ·doi:10.3934/jimo.2005.1.171
[14] Yuan,G.,Wei,Z.,Wang,Z.:非光滑凸最小化的有限内存BFGS更新梯度信赖域算法。计算。最佳方案。申请。第54页,第45-64页(2013年)·Zbl 1267.90101号 ·doi:10.1007/s10589-012-9485-8
[15] Lemaréchal,C.:梯度方法和应用的扩展。巴黎第二大道(1980)·Zbl 0174.48001号
[16] Wolfe,P.:最小化不可微凸函数的共轭次梯度方法。数学。程序。螺柱3145-173(1975)·Zbl 0369.90093号 ·doi:10.1007/BFb0120703
[17] Kiwiel,K.C.:凸不可微优化的束方法中的邻近控制。数学。程序。46, 105-122 (1990) ·Zbl 0697.90060号 ·doi:10.1007/BF01585731
[18] Schramm,H.,Zowe,J.:最小化非光滑函数的捆绑思想的一个版本:概念思想,收敛分析,数值结果。SIAM J.Optim公司。2, 121-152 (1992) ·Zbl 0761.90090号 ·doi:10.1137/0802008年
[19] Kiwiel,K.C.:不可微优化的下降方法。《数学讲义》,第1133卷。柏林施普林格(1985)·Zbl 0561.90059号
[20] Kiwiel,K.C.:凸不可微优化、鞍点问题和变分不等式的近似水平丛方法。数学。程序。69, 89-109 (1995) ·Zbl 0857.90101号
[21] Schramm,H.:Eine combination on bundle-und trust-region-verfahren zur Lösung nichtdifferenzierbare optimierungs问题。Bayreuther Mathematische Schriften,Heft 30。德国拜勒大学(1989)·Zbl 0920.90132号
[22] Haarala,M.,Miettinen,K.,Mäkelä,M.M.:用于大规模非光滑优化的新的有限内存束方法。最佳方案。方法软件。19, 673-692 (2004) ·兹比尔1068.90101 ·doi:10.1080/1055678041001689225
[23] Hestenes,M.R.,Stiefel,E.:求解线性方程组的共轭梯度法。《国家研究杂志》。伯尔。站立。49, 409-436 (1952) ·兹比尔0048.09901 ·doi:10.6028/jres.049.044
[24] Fletcher,R.,Reeves,C.:共轭梯度函数最小化。计算。J.7149-154(1964)·Zbl 0132.11701号 ·doi:10.1093/comjnl/7.2.149
[25] Dai,Y.,Yuan,Y.:具有强全局收敛性质的非线性共轭梯度。SIAM J.Optim公司。10, 177-182 (2000) ·Zbl 0957.65061号 ·doi:10.1137/S1052623497318992
[26] Fletcher,R.:实用优化方法,第一卷:无约束优化,第二版。威利,纽约(1997)·Zbl 0828.90123号
[27] Polak,E.,Ribière,G.:注意方向的收敛性。Rev.Fr.通知。里奇。作品。3, 35-43 (1969) ·Zbl 0174.48001号
[28] Gilbert,J.C.,Nocedal,J.:优化共轭梯度法的全局收敛性。SIAM J.Optim公司。2, 21-42 (1992) ·兹比尔0767.90082 ·doi:10.1137/0802003年
[29] Hu,Y.F.,Storey,C.:共轭方法的全局收敛结果。J.优化。理论应用。71, 399-405 (1991) ·兹比尔0794.90063 ·doi:10.1007/BF00939927
[30] Wei,Z.,Li,G.,Qi,L.:非凸无约束优化问题的Polak-Ribière-Polyak共轭梯度法的全局收敛性。数学。计算。77, 2173-2193 (2008) ·Zbl 1198.65091号 ·doi:10.1090/S0025-5718-08-02031-0
[31] Ahmed,T.,Storey,D.:高效混合共轭梯度技术。J.优化。理论应用。64379-394(1990年)·Zbl 0666.90063号 ·doi:10.1007/BF00939455
[32] Al-Baali,A.:具有不精确线搜索的Flecher-Reeves方法的下降性质和全局收敛性。IMA J.数字。分析。121-124年5月(1985年)·兹比尔0578.65063 ·doi:10.1093/imanum/5.1.121
[33] Hager,W.W.,Zhang,H.:一种新的共轭梯度法,具有保证下降和有效的线搜索。SIAM J.Optim公司。16, 170-192 (2005) ·邮编1093.90085 ·doi:10.1137/030601880
[34] Wei,Z.,Yao,S.,Liu,L.:一些新共轭梯度方法的收敛性。申请。数学。计算。183, 1341-1350 (2006) ·Zbl 1116.65073号 ·doi:10.1016/j.amc.2006.05.150
[35] Yuan,G.:用于大规模优化问题的具有充分下降性的改进非线性共轭梯度法。最佳方案。莱特。3, 11-21 (2009) ·Zbl 1154.90623号 ·doi:10.1007/s11590-008-0086-5
[36] Yuan,G.,Lu,X.:一种改进的PRP共轭梯度法。安·Oper。第16673-90号决议(2009年)·Zbl 1163.90798号 ·doi:10.1007/s10479-008-0420-4
[37] Yuan,G.,Lu,X.,Wei,Z.:无约束优化的具有下降方向的共轭梯度法。J.计算。申请。数学。233, 519-530 (2009) ·Zbl 1179.65075号 ·doi:10.1016/j.cam.2009.08.001
[38] Zhang,L.,Zhou,W.,Li,D.:一种下降修正的Polak-Ribière-Polyak共轭方法及其全局收敛性。IMA J.数字。分析。26, 629-649 (2006) ·Zbl 1106.65056号 ·doi:10.1093/imanum/drl016
[39] Buhmiler,S.,Krejić,N.,Lužanin,Z.:奇异非线性系统的实用拟牛顿算法。数字。算法55,481-502(2010)·Zbl 1201.65076号 ·doi:10.1007/s11075-010-9367-z
[40] Solodov,MV;斯瓦特,BF;Fukushima,M.(编辑);Qi,L.(编辑),单调方程组的全局收敛不精确牛顿方法,355-369(1998),Dordrecht·doi:10.1007/978-1-4757-6388-1_18
[41] Toint,P.L.:大型代数非线性方程组的数值解。数学。计算。173, 175-189 (1986) ·Zbl 0614.65058号 ·doi:10.1090/S0025-5718-1986-0815839-9
[42] Yuan,G.,Lu,X.:对称非线性方程的一种新的回溯非精确BFGS方法。计算。数学。申请。55, 116-129 (2008) ·Zbl 1176.65063号 ·doi:10.1016/j.camwa.2006.12.081
[43] Yuan,G.,Yao,S.:求解对称非线性方程的BFGS算法。优化62,82-95(2013)·Zbl 1262.90141号 ·doi:10.1080/02331934.2011.564621
[44] La Cruz,W.,Martínez,J.M.,Raydan,M.:解大型非线性方程组的无梯度信息谱残差法。数学。计算。75, 1429-1448 (2006) ·Zbl 1122.65049号 ·doi:10.1090/S0025-5718-06-01840-0
[45] La Cruz,W.,Raydan,M.:大型非线性系统的非单调谱方法。最佳方案。方法软件。18, 583-599 (2003) ·Zbl 1069.65056号 ·网址:10.1080/1055678031001610493
[46] Tong,X.,Qi,L.:关于求解带退化解的约束非线性方程的信赖域方法的收敛性。J.优化。理论应用。123, 187-211 (2004) ·Zbl 1069.65055号 ·doi:10.1023/B:JOTA0000043997.42194.dc
[47] Yuan,G.,Lu,X.,Wei,Z.:对称非线性方程的BFGS信赖域方法。J.计算。申请。数学。230, 44-58 (2009) ·兹比尔1168.65026 ·doi:10.1016/j.cam.2008.10.062
[48] Yuan,G.,Wei,Z.,Lu,X.:非线性方程的BFGS信任域方法。计算92,317-333(2011)·Zbl 1241.65049号 ·doi:10.1007/s00607-011-0146-z
[49] Zhang,J.,Wang,Y.:非线性方程的新信赖域方法。数学。方法操作。第58、283-298号决议(2003年)·Zbl 1043.65072号 ·doi:10.1007/s001860300302
[50] Grippo,L.,Sciandrone,M.:非线性方程的非单调无导数方法。计算。最佳方案。申请。37, 297-328 (2007) ·Zbl 1180.90310号 ·doi:10.1007/s10589-007-9028-x
[51] Yuan,Y.:大规模非线性方程和非线性最小二乘的子空间方法。最佳方案。工程10,207-218(2009)·Zbl 1171.65040号 ·doi:10.1007/s11081-008-9064-0
[52] Fasano,G.,Lampariello,F.,Sciandone,M.:大型非线性最小二乘问题的截断非单调Gauss-Newton方法。计算。最佳方案。申请。34, 343-358 (2006) ·Zbl 1122.90094号 ·doi:10.1007/s10589-006-6444-2
[53] Li,D.,Fukushima,M.:对称非线性方程的全局和超线性收敛的基于高斯-牛顿的BFGS方法。SIAM J.数字。分析。37, 152-172 (1999) ·Zbl 0946.65031号 ·doi:10.1137/S0036142998335704
[54] Li,D.,Qi,L.,Zhou,S.:对称非线性方程的拟Newton方法的下降方向。SIAM J.数字。分析。1763-1774年(2002年)·Zbl 1018.14018号 ·doi:10.1137/S003614290139175X
[55] Kanzow,C.,Yamashita,N.,Fukushima,M.:具有强局部收敛特性的约束非线性方程的Levenberg-Marquardt方法。J.计算。申请。数学。172, 375-397 (2004) ·Zbl 1064.65037号 ·doi:10.1016/j.cam.2004.02.013
[56] Marquardt,D.W.:非线性参数的最小二乘估计算法。SIAM J.应用。数学。11, 431-441 (1963) ·兹比尔0112.10055 ·doi:10.1137/0111030
[57] Bouaricha,A.,Schnabel,R.B.:大型稀疏非线性方程组的张量方法。数学。程序。82, 377-400 (1998) ·Zbl 0951.65046号
[58] Cheng,W.:单调方程组的PRP型方法。数学。计算。模型。50, 15-20 (2009) ·Zbl 1185.65088号 ·doi:10.1016/j.cm.2009.04.007
[59] Yu,G.,Guan,L.,Chen,W.:具有足够下降性的谱共轭梯度法,用于大规模无约束优化。最佳方案。方法软件。23, 275-293 (2008) ·Zbl 1279.90166号 ·doi:10.1080/10556780701661344
[60] Yuan,G.,Wei,Z.,Lu,S.:对称非线性方程的带回溯的有限记忆BFGS方法。数学。计算。模型。54, 367-377 (2011) ·Zbl 1225.65056号 ·doi:10.1016/j.mcm.2011.02.021
[61] Wang,C.W.,Wang,Y.J.,Xu,C.L.:带凸约束的非线性单调方程组的投影方法。数学。方法操作。第66、33-46号决议(2007年)·Zbl 1126.90067号 ·doi:10.1007/s00186-006-0140-y
[62] Yu,Z.S.,Lian,J.,Sun,J.、Xiao,Y.H.、Liu,L.、Li,Z.H.:凸约束单调非线性方程的谱梯度投影方法。申请。数字。数学。59, 2416-2423 (2009) ·Zbl 1183.65056号 ·doi:10.1016/j.apnum.2009.04.004
[63] Li,D.,Wang,L.:对称非线性方程的修正Fletcher-Reeves型无导数方法。数字。代数控制优化。1, 71-82 (2011) ·Zbl 1386.65143号 ·doi:10.3934/naco.2011.1.71
[64] Yuan,G.,Wei,Z.,Zhao,Q.:用于大规模优化问题的改进Polak-Ribière-Polyak共轭梯度算法。IIE交易。46, 397-413 (2014) ·doi:10.1080/0740817X.2012.726757
[65] Yuan,G.,Zhang,M.:用于大规模优化的改进Hestenes-Stiefel共轭梯度算法。数字。功能。分析。最佳方案。34, 914-937 (2013) ·Zbl 1274.90287号 ·doi:10.1080/01630563.2013.777350
[66] Zhang,L.,Zhou,W.J.:解非线性单调方程的谱梯度投影法。J.计算。申请。数学。196, 478-484 (2006) ·兹比尔1128.65034 ·doi:10.1016/j.cam.2005.10.002
[67] Andrei,N.:无约束优化的另一种混合共轭梯度算法。数字。算法47,143-156(2008)·Zbl 1141.65041号 ·doi:10.1007/s11075-007-9152-9
[68] Li,Q.,Li,D.:求解大型非线性单调方程的一类无导数方法。IMA J.数字。分析。31, 1625-1635 (2011) ·Zbl 1241.65047号 ·doi:10.1093/imanum/drq015
[69] Fukushima,M.,Qi,L.:非光滑凸最小化的全局超线性收敛算法。SIAM J.Optim公司。6, 1106-1120 (1996) ·Zbl 0868.90109号 ·doi:10.1137/S1052623494278839
[70] 齐,L.,孙,J.:牛顿方法的非光滑版本。数学。程序。58353-367(1993年)·Zbl 0780.90090号 ·doi:10.1007/BF01581275
[71] Correa,R.,Lemaréchal,C.:一些凸极小化算法的收敛性。数学。程序。62, 261-273 (1993) ·Zbl 0805.90083 ·doi:10.1007/BF01585170
[72] Hiriart-Urruti,J.B.,Lemaréchal,C.:凸分析和最小化算法II。柏林施普林格(1993)·兹比尔0795.49002
[73] Calamai,P.H.,Moré,J.J.:线性约束问题的投影梯度法。数学。程序。39, 93-116 (1987) ·Zbl 0634.90064号 ·doi:10.1007/BF02592073
[74] 齐,L.:求解非光滑方程的一些算法的收敛性分析。数学。操作。第18号决议,227-245(1993年)·Zbl 0776.65037号 ·doi:10.1287/门18.1.227
[75] Conn,A.R.,Gould,N.I.M.,Toint,P.L.:信托区域方法。SIAM,费城(2000)·Zbl 0958.65071号 ·数字对象标识代码:10.1137/1.9780898719857
[76] Yuan,G.,Wei,Z.:一种改进的PRP共轭梯度算法,用于非光滑凸优化问题的非单调线搜索。J.应用。数学。计算。(2011年出版)·Zbl 1352.65159号
[77] Yuan,G.,Wei,Z.,Li,G.:一种改进的Polak-Ribière-Polyak共轭梯度算法,用于非光滑凸最小化。J.计算。申请。数学。255, 86-96 (2014) ·Zbl 1291.90315号 ·doi:10.1016/j.cam.2013.04.032
[78] Lukšan,L.,Vlšek,J.:非光滑无约束和线性约束优化的测试问题。第798号技术报告。捷克共和国科学院计算机科学研究所,布拉格(2000年)
[79] Lukšan,L.,Vlšek,J.:非光滑无约束极小化的bundle-Newton方法。数学。程序。83, 373-391 (1998) ·Zbl 0920.90132号
[80] Polak,E.:极值问题中的共轭梯度法。计算。数学。数学。物理。9, 94-112 (1969) ·Zbl 0229.49023号 ·doi:10.1016/0041-5553(69)90035-4
[81] Fukushima,M.:非光滑凸优化的下降算法。数学。程序。30, 163-175 (1984) ·Zbl 0545.90082号 ·doi:10.1007/BF02591883
[82] Karmitsa,N.,Bagirov,A.,Mäkelä,M.M.:比较不同的非光滑最小化方法和软件。最佳方案。方法软件。27, 131-153 (2012) ·Zbl 1242.90233号 ·doi:10.1080/10556788.2010.526116
[83] Kappel,F.,Kuntsevich,A.:肖尔r算法的一个实现。计算。最佳方案。申请。15, 193-205 (2000) ·Zbl 0947.90112号 ·doi:10.1023/A:1008739111712
[84] Kuntsevich,A.,Kappel,F.:SolvOpt-局部非线性优化问题的求解器。卡尔·弗兰岑斯格拉茨大学(1997)
[85] Shor,N.Z.:不可微函数的最小化方法。柏林施普林格(1985)·Zbl 0561.90058号 ·doi:10.1007/978-3-642-82118-9
[86] Mäkelä,M.M.:非凸非光滑优化的多目标近端束方法:Fortran子程序MPBNGC 2.0。数学信息技术系的报告,B辑,科学计算,第B 13/2003号,Jyväkylä大学
[87] Haarala,M.,Miettinen,K.,Mäkelä,M.M.:大规模非光滑优化的全局收敛有限内存束方法。数学。程序。109181-205(2007年)·Zbl 1278.90451号 ·doi:10.1007/s10107-006-0728-2
[88] Bagirov,A.M.,Karasozen,B.,Sezer,M.:离散梯度法:非光滑优化的无导数方法。J.优化。理论应用。137, 317-334 (2008) ·Zbl 1165.90021号 ·doi:10.1007/s10957-007-9335-5
[89] Bagirov,A.M.,Ganjehlou,A.N.:最小化非光滑函数的拟割线方法。最佳方案。方法软件。25, 3-18 (2010) ·Zbl 1202.65072号 ·doi:10.1080/10556780903151565
[90] Dolan,E.D.,Moré,J.J.:用性能曲线对优化软件进行基准测试。数学。程序。91, 201-213 (2002) ·邮编:1049.90004 ·doi:10.1007/s101070100263
[91] Moré,J.,Garbow,B.,Hillström,K.:测试无约束优化软件。ACM事务处理。数学。柔和。7, 17-41 (1981) ·Zbl 0454.65049号 ·数字对象标识代码:10.1145/355934.355936
[92] Solodov,M.V.,Svaiter,B.F.:一种混合投影-近点算法。J.凸面分析。6, 59-70 (1999) ·兹比尔0961.90128
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。