数学 > 数值分析
[提交于 2019年11月7日
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标题: 线性约束瑞利商优化:理论与算法
标题: Linear Constrained Rayleigh Quotient Optimization: Theory and Algorithms
摘要: 我们考虑以下约束瑞利商优化问题 (CRQopt) $$ \min_{x\in \mathbb{R}^n} x^{T}Ax\,\,\mbox{subject to}\,\, x^{T}x=1\,\mbox{and}\,C^{T}x=b, $$ 其中 $A$是一个 $n\times n$实对称矩阵,而 $C$是一个 $n\times m$实矩阵。 通常, $m\ll n$。 在文献中,这个问题也被称为约束特征值问题,因为如果移除线性约束 $C^{T}x=b$,它就变成了一个特征值问题。 我们首先将 CRQopt 等价地转换为一个优化问题,称为 LGopt,即最小化 CRQopt 的拉格朗日乘数,然后是一个称为 QEPmin 的问题,即寻找二次特征值问题的最小特征值。 尽管这些等价性已经在文献中讨论过,但似乎这是首次对这些等价性进行严格的证明。 然后我们提出通过兰佐斯过程使用 Krylov 子空间投影方法来数值求解 LGopt 和 QEPmin。 基本思想类似于对称特征值问题的兰佐斯方法,即首先将 LGopt 和 QEPmin 投影到 Krylov 子空间上,以产生相同类型但规模小得多的问题,然后通过某些直接方法求解这些约简后的问题,这要么是某种超越方程求解器(在 LGopt 的情况下),要么是特征值求解器(在 QEPmin 的情况下)。 所产生的算法称为兰佐斯算法。 我们对所提出的方法进行了收敛性分析并得到了误差界。 虽然在应用中该方法通常比界限所暗示的收敛得更快,但通过人工例子展示了误差界的紧性。 最后,我们将兰佐斯算法应用于约束聚类背景下的半监督学习。
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