1. Trang chủ
  2. » Mẫu Slide

Bài giảng Tối ưu hóa nâng cao - Chương 4: Line search method

20 6 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Định dạng
Số trang 20
Dung lượng 217,19 KB

Nội dung

một hướng tìm kiếm (search direction) p k rồi quyết định sẽ tiến. bao xa theo hướng đó.[r]

(1)

Line search method

Hoàng Nam Dũng

(2)

Line search method

Tại bước, từ điểmxk tại, phương pháp line search tính

một hướng tìm kiếm (search direction)pk định tiến

bao xa theo hướng

Cơng thức lặp để tính điểm cho

xk+1 =xk +αkpk

trong đóαk >0 gọi làđộ dài bước (step length)

Hiệu phương pháp phụ thuộc vào việc chọn hướngpk

độ dài bướcαk thích hợp

Hầu hết phương pháp line search đòi hỏipk hướng

giảm (descent direction)

pkT∇f(xk)<0

(3)

Line search method

Tại bước, từ điểmxk tại, phương pháp line search tính

một hướng tìm kiếm (search direction)pk định tiến

bao xa theo hướng Cơng thức lặp để tính điểm cho

xk+1=xk +αkpk

trong đóαk >0 gọi làđộ dài bước (step length)

Hiệu phương pháp phụ thuộc vào việc chọn hướngpk

độ dài bướcαk thích hợp

Hầu hết phương pháp line search đòi hỏipk hướng

giảm (descent direction)

pkT∇f(xk)<0

bởi đảm bảo giá trị hàmf giảm xuống theo hướng

(4)

Line search method

Tại bước, từ điểmxk tại, phương pháp line search tính

một hướng tìm kiếm (search direction)pk định tiến

bao xa theo hướng Cơng thức lặp để tính điểm cho

xk+1=xk +αkpk

trong đóαk >0 gọi làđộ dài bước (step length)

Hiệu phương pháp phụ thuộc vào việc chọn hướngpk

độ dài bướcαk thích hợp

Hầu hết phương pháp line search đòi hỏipk hướng

giảm (descent direction)

pkT∇f(xk)<0

(5)

Line search method

Tại bước, từ điểmxk tại, phương pháp line search tính

một hướng tìm kiếm (search direction)pk định tiến

bao xa theo hướng Cơng thức lặp để tính điểm cho

xk+1=xk +αkpk

trong đóαk >0 gọi làđộ dài bước (step length)

Hiệu phương pháp phụ thuộc vào việc chọn hướngpk

độ dài bướcαk thích hợp

Hầu hết phương pháp line search đòi hỏipk hướng

giảm (descent direction)

pkT∇f(xk)<0

bởi đảm bảo giá trị hàmf giảm xuống theo hướng

(6)

Hướng giảm (descent direction)

Giả sửp hướng giảm, tức

pT∇f(xk)<0

Theo cơng thức khai triển Taylor ta có

f(xk+αp) =f(xk) +αpT∇f(xk) +O(α2)

Suy raf(xk +αp)<f(xk)với α >0 đủ nhỏ Tức ta

(7)

Hướng giảm (descent direction)

Giả sửp hướng giảm, tức

pT∇f(xk)<0

Theo công thức khai triển Taylor ta có

f(xk +αp) =f(xk) +αpT∇f(xk) +O(α2)

Suy raf(xk +αp)<f(xk)với α >0 đủ nhỏ Tức ta

giảm giá trị hàm sốf theo hướng p

(8)

Hướng giảm (descent direction)

Giả sửp hướng giảm, tức

pT∇f(xk)<0

Theo cơng thức khai triển Taylor ta có

f(xk +αp) =f(xk) +αpT∇f(xk) +O(α2)

Suy raf(xk +αp)<f(xk)vớiα >0 đủ nhỏ Tức ta

(9)

Hướng giảm nhanh/dốc (steepest descent direction)

Hướng giảm nhanh nghiệm toán tối ưu

min

p p

T∇f(x

k), s.t kpk=1

Gọiθ góc giữap ∇f(xk) Ta có

pT∇f(xk) =kpkk∇f(xk)kcosθ=k∇f(xk)kcosθ,

tức đạt giá trị bé khicosθ=−1 hay

p =− ∇f(xk) k∇f(xk)k

Phương pháp line search vớipk =−∇f(xk) gọi steepest

descent method hay gradient descent method

(10)

Hướng giảm nhanh/dốc (steepest descent direction)

Hướng giảm nhanh nghiệm toán tối ưu

min

p p

T∇f(x

k), s.t kpk=1

Gọiθ góc giữap ∇f(xk)

Ta có

pT∇f(xk) =kpkk∇f(xk)kcosθ=k∇f(xk)kcosθ,

tức đạt giá trị bé khicosθ=−1 hay

p =− ∇f(xk) k∇f(xk)k

Phương pháp line search vớipk =−∇f(xk) gọi steepest

(11)

Hướng giảm nhanh/dốc (steepest descent direction)

Hướng giảm nhanh nghiệm toán tối ưu

min

p p

T∇f(x

k), s.t kpk=1

Gọiθ góc giữap ∇f(xk) Ta có

pT∇f(xk) =kpkk∇f(xk)kcosθ=k∇f(xk)kcosθ,

tức đạt giá trị bé khicosθ=−1 hay

p =− ∇f(xk) k∇f(xk)k

Phương pháp line search vớipk =−∇f(xk) gọi steepest

descent method hay gradient descent method

(12)

Hướng giảm nhanh/dốc (steepest descent direction)

Hướng giảm nhanh nghiệm toán tối ưu

min

p p

T∇f(x

k), s.t kpk=1

Gọiθ góc giữap ∇f(xk) Ta có

pT∇f(xk) =kpkk∇f(xk)kcosθ=k∇f(xk)kcosθ,

tức đạt giá trị bé khicosθ=−1 hay

p=− ∇f(xk) k∇f(xk)k

Phương pháp line search vớipk =−∇f(xk) gọi steepest

(13)

Hướng giảm nhanh/dốc (steepest descent direction)

Hướng giảm nhanh nghiệm toán tối ưu

min

p p

T∇f(x

k), s.t kpk=1

Gọiθ góc giữap ∇f(xk) Ta có

pT∇f(xk) =kpkk∇f(xk)kcosθ=k∇f(xk)kcosθ,

tức đạt giá trị bé khicosθ=−1 hay

p=− ∇f(xk) k∇f(xk)k

Phương pháp line search vớipk =−∇f(xk) gọi steepest

descent method hay gradient descent method

(14)

Hướng giảm phổ biến

Ta thường chọn hướng giảm có dạng

pk =−Bk1∇f(xk)

trong đóBk ma trận đối xứng không suy biến

I Phương pháp gradient descent: Bk =I

I Phương pháp Newton: Bk =∇2f(xk)

I Phương pháp tựa Newton: Bk xấp xỉ ma trận Hessian

∇2f(x

k)

(15)

Hướng giảm phổ biến

Ta thường chọn hướng giảm có dạng

pk =−Bk1∇f(xk)

trong đóBk ma trận đối xứng không suy biến

I Phương pháp gradient descent: Bk =I

I Phương pháp Newton: Bk =∇2f(xk)

I Phương pháp tựa Newton: Bk xấp xỉ ma trận Hessian

∇2f(x

k)

Phần tìm hiểu xem chọn hướng độ dài bước để thuật toán hội tụ

(16)

Hướng giảm phổ biến

Ta thường chọn hướng giảm có dạng

pk =−Bk1∇f(xk)

trong đóBk ma trận đối xứng khơng suy biến

I Phương pháp gradient descent: Bk =I

I Phương pháp Newton: Bk =∇2f(xk)

I Phương pháp tựa Newton: Bk xấp xỉ ma trận Hessian

∇2f(x

k)

(17)

Lựa chọn độ dài bước

Ta phải cân nhắc lựa chọn hai yếu tố

I Tìm αk để cải thiện đáng kể giá trị hàm mục tiêu

I Đồng thời không nhiều thời gian

Lý tưởng thìαk nghiệm tốn tối ưu

minφ(α) =f(xk+αpk), α >0

Tuy nhiên tốn (ví dụ xem hình vẽ)

(18)

Lựa chọn độ dài bước

Ta phải cân nhắc lựa chọn hai yếu tố

I Tìm αk để cải thiện đáng kể giá trị hàm mục tiêu

I Đồng thời không nhiều thời gian Lý tưởng thìαk nghiệm tốn tối ưu

minφ(α) =f(xk+αpk), α >0

(19)

Lựa chọn độ dài bước

Ta phải cân nhắc lựa chọn hai yếu tố

I Tìm αk để cải thiện đáng kể giá trị hàm mục tiêu

I Đồng thời không nhiều thời gian Lý tưởng thìαk nghiệm tốn tối ưu

minφ(α) =f(xk+αpk), α >0

Tuy nhiên tốn (ví dụ xem hình vẽ)

(20)

Lựa chọn độ dài bước

Để tìm cực tiểu địa phương với độ xác vừa phải ta phải tính nhiều lần hàm mục tiêuf gradient ∇f

Chiến lược thực tế tìm độ dài bước đủ tốt theo nghĩa hàm mục tiêu phải giảm đủ nhiều

Yêu cầu giảmf(xk +αkpk)<f(xk)là chưa đủ

Ví dụ:

Giá trị tối ưu f∗ = −1 chuỗi xk với

f(xk) = 5k hội tụ đến

Ngày đăng: 09/03/2021, 03:28

TỪ KHÓA LIÊN QUAN