2026-08-28·by Sijie Wang#idea#optimization#math

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数值方法(如何真正求解)

上级:optimization

闭式解 ∇=0 很少能直接求出;你需要迭代xₖ₊₁ = xₖ + step。以下是几大类方法。

一阶方法(使用梯度)

  • 梯度下降 x ← x − η∇f(= 梯度流 ODE 上的前向欧拉法,dynamics-to-a-fixed-point);
  • 次梯度法(非光滑)、近端梯度法(光滑项+简单非光滑项)、镜像下降(非欧几里得几何);
  • 加速方法:重球法(Polyak)、Nesterov 加速(= 一个带阻尼的二阶 ODE);对凸问题能达到最优的 O(1/k²) 收敛率;
  • 坐标下降(每次只更新一个分块)。

二阶方法(使用曲率)

  • 牛顿法 x ← x − (∇²f)⁻¹∇f(二次收敛,但 Hessian 计算代价高);
  • 拟牛顿法BFGS / L-BFGS —— 从梯度中构造曲率信息);
  • 高斯-牛顿法 / Levenberg–Marquardt 法(最小二乘问题)。

约束求解器

  • 投影梯度法(每一步都投影回可行集);
  • 内点法 / 障碍法(远离边界;凸锥规划问题的主力方法);
  • 增广拉格朗日ADMM(算子分裂 —— 分解 + 一致性步骤;即先分解再重组);
  • 有效集法SQP(序列二次规划)。

全局化——优化过程的"闸门"

每一步提议的更新都必须被接受

  • 线搜索(Armijo / Wolfe 充分下降条件);
  • 信赖域法(当模型预测的下降量在实际中兑现、比值 ρ 良好时接受;否则收缩后重试)。 → 这个接受/拒绝的检验,正是 stages-gates-as-hard-optimization 中的闸门

统一的视角

其中大多数方法都是收缩映射的不动点迭代 / 通往平衡点的离散化流dynamics-to-a-fixed-point);算子分裂/单调算子理论(例如 ADMM、近端方法)把许多方法统一在同一个不动点框架之下。

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