数值计算之 共轭梯度法(2)非线性共轭梯度法

  • 前言
  • 非线性共轭梯度法

前言

上篇写了线性共轭梯度法,本篇继续非线性共轭梯度法

非线性共轭梯度法

非线性共轭梯度法:

  1. k=0k=0k=0,通过梯度下降法初始化x0,r0=∇f(x0),p0=−r0x_0,r_0=\nabla f(x_0),p_0=-r_0x0​,r0​=∇f(x0​),p0​=−r0​
  2. 迭代到kkk轮,判断收敛条件,如果不满足则进入第3步
  3. 通过非精确线搜索计算αk\alpha_{k}αk​
  4. xk+1=xk+αkpkx_{k+1}=x_k+\alpha_{k}p_kxk+1​=xk​+αk​pk​
  5. rk+1=∇f(xk+1)r_{k+1}=\nabla f(x_{k+1})rk+1​=∇f(xk+1​)
  6. βk+1=rk+1Trk+1rkTrk\beta_{k+1}=\frac{r_{k+1}^Tr_{k+1}}{r_{k}^Tr_{k}}βk+1​=rkT​rk​rk+1T​rk+1​​
  7. pk+1=−rk+1+βk+1pkp_{k+1}=-r_{k+1}+\beta_{k+1}p_kpk+1​=−rk+1​+βk+1​pk​
  8. k=k+1k=k+1k=k+1

以上就是FR-CG法的流程。

为了确保全局收敛性,使用FR-CG法时,要结合Strong Wolfe Condition,并且收敛速度比较慢。

将β\betaβ的更新方式进行更换,可以获得收敛速度更快的PR-CG法:
β^k+1=rk+1T(rk+1−rk)∣∣rk∣∣2βk+1=max⁡{β^k+1,0}\hat \beta_{k+1}=\frac {r_{k+1}^T(r_{k+1}-r_{k})}{||r_k||^2} \\ \quad \beta_{k+1}=\max \{\hat\beta_{k+1},0 \} β^​k+1​=∣∣rk​∣∣2rk+1T​(rk+1​−rk​)​βk+1​=max{β^​k+1​,0}

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