Рандомизированный (блочный) координатный спуск — алгоритм оптимизации, популяризованный Нестеровым (2010) и усовершенствованный в работах Ричтарика и Такача (2012). Первый анализ метода, когда он применяется к задаче минимизации гладкой выпуклой функции, был осуществлён Нестеровым (2010). Нестеровым был предложен метод к квадратичным возмущениям исходной функции с неизвестным поправочным коэффициентом. Ричтарик и Такач (2011) дали границы сложности итераций без такого требования, то есть метод применяется к целевой функции напрямую. Более того, они обобщили алгоритм для задач минимизации, то есть суммы гладкой функции и (возможно негладкой) выпуклой блочно-сепарабельной функции:

где разложен на блоков переменных/координат: и являются (простыми) выпуклыми функциями.

Пример (декомпозиция блоков): Если и , можно выбрать и .

Пример (разделяемые блоки):

, где и является стандартной евклидовой нормой.

Алгоритм Рассмотрим задачу оптимизации

где является выпуклой и гладкой функцией.

Гладкость: Под гладкостью мы понимаем следующее: мы предполагаем, что градиент покоординатно липшицево-гладкая с константами . То есть, мы предполагаем, что

для любого и , где означает частную производную по переменной .

Нестеров, Ричтарик и Такач показали, что следующий алгоритм сходится к оптимальной точке:

// Рандомизированный координатный спуск Input: // стартовая точка Output:

set x := x_0

for k := 1, ... do // обновляем координату случайно

end for

Скорость сходимости Поскольку на итерациях алгоритма образуются случайные вектора, сложность следует отражать в числе итераций, необходимых для получения приближённого решения с высокой вероятностью. В статье Ричтарика и Такача было доказано, что если , где , является оптимальным решением (), является уровнем доверительной вероятности, а является желаемой точностью, то .

Пример для конкретной функции Рисунок ниже показывает как меняется по итерациям. Задача

Расширение для блоков координат

Можно естественным образом расширить алгоритм с просто координат на блоки координат. Предположим, что мы имеем пространство . Это пространство имеет 5 координатных направлений, а именно

в которых метод может двигаться. Однако можно сгруппировать некоторые координатные направления в блоки и мы можем иметь 3 блочных координатных направлений (см. рисунок) вместо 5 координат.

См. также Координатный спуск Градиентный спуск

Примечания

Литература

Категория:Градиентные методы