Метод сопряженных градиентов

Метод сопряженных градиентов (МСГ) первоначально предложен как метод минимизации квадратичной формы

Метод сопряженных градиентов - student2.ru (5.9.1)

где Метод сопряженных градиентов - student2.ru – симметричная и строго положительно определенная Метод сопряженных градиентов - student2.ru матрица (в дальнейшем эти свойства матрицы будем обозначать Метод сопряженных градиентов - student2.ru ). Для минимизации произвольных функций метод сопряженных градиентов записывается в виде

Метод сопряженных градиентов - student2.ru

Метод сопряженных градиентов - student2.ru (5.9.2)

Метод сопряженных градиентов - student2.ru

Векторы Метод сопряженных градиентов - student2.ru называются сопряженными относительно матрицы Метод сопряженных градиентов - student2.ru или Метод сопряженных градиентов - student2.ru - ортогональными, если они удовлетворяют условиям

Метод сопряженных градиентов - student2.ru (5.9.3)

Задача минимизации квадратичной формы (5.9.1) может быть решена за цикл точной одномерной минимизации вдоль сопряженных векторов Метод сопряженных градиентов - student2.ru Метод сопряженных градиентов - student2.ru , из произвольной начальной точки Метод сопряженных градиентов - student2.ru .

Если метод (5.9.2) применяется для квадратичной функции (5.9.1), где Метод сопряженных градиентов - student2.ru , то векторы Метод сопряженных градиентов - student2.ru Метод сопряженных градиентов - student2.ru , где Метод сопряженных градиентов - student2.ru , будут сопряженными.

Теорема 9. Метод (5.9.2) находит точку минимума квадратичной функции Метод сопряженных градиентов - student2.ru вида (5.9.1), где Метод сопряженных градиентов - student2.ru , за число итераций не превосходящее Метод сопряженных градиентов - student2.ru .

При минимизации достаточно гладких функций МСГ сходится с квадратичной скоростью.

Теорема 10. Пусть Метод сопряженных градиентов - student2.ru -невырожденная точка минимума, и в ее окрестности Метод сопряженных градиентов - student2.ru удовлетворяет условию Липшица. Тогда для метода (5.9.2) в окрестности Метод сопряженных градиентов - student2.ru справедлива оценка:

Метод сопряженных градиентов - student2.ru .

Вследствие ошибок округления процесс (5.9.2), даже для квадратичной функции, не будет конечным. Особенно процесс (5.9.2) чувствителен к точности операции определения минимума вдоль направления. В связи со сказанным выше итерации (5.9.2) проводят до тех пор, пока не будет достигнута требуемая точность, а обновление Метод сопряженных градиентов - student2.ru проводится, особенно для большеразмерных задач, через m итераций, где Метод сопряженных градиентов - student2.ru . МСГ применяется в основном для решения большеразмерных задач в силу малой требуемой памяти для хранения параметров метода.

Наши рекомендации