扰动谱尺度BFGS算法及其收敛性质

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数值试验结果表明BFGS算法有很好的数值效果,它已成为最受欢迎的拟牛顿法.然而当用于求解非凸函数极小值问题时,该算法不具有全局收敛性.为克服这个缺陷,Li和Fukusima提出了一种修正的BFGS算法(MBFGS算法),该算法在一定条件下,对于求解非凸函数极小值问题也具有全局收敛性,并且还具有超线性收敛速度.然而MBFGS算法破坏了BFGS算法的仿射不变性.为了克服MBFGS算法的这一缺陷,Liu和Li提出了一种扰动的BFGS算法(PBFGS算法),该算法求解无约束非凸函数极小值问题时,也具有全局收敛性和超线性收敛速度,并且还保留了BFGS算法的仿射不变性.   BFGS算法及其各种修正形式中,拟牛顿矩阵的条件数的大小对算法的数值效果影响较大,为了改善BFGS算法中拟牛顿矩阵的条件数,最近Cheng和Li提出了一种谱尺度BFGS算法,即SSBFGS算法,其基本思想是:引入谱尺度因子对原有算法中矩阵迭代公式进行修正,该算法可以改善拟牛顿矩阵的条件数.在此基础上,Li和Qiao将此技术用于MBFGS算法,提出了一种谱尺度MBFGS算法,即SSMBFGS算法.在一定条件下,SSMBFGS算法具有全局收敛性和R-线性收敛速度.   鉴于扰动因子与谱尺度技术的优点,本文将扰动技术与谱尺度技术结合,提出一种扰动的谱尺度BFGS算法,即PSSBFGS算法.我们证明在适当条件下,该算法用于求解无约束非凸函数极小值问题时,也有全局收敛性,还至少具有R-线性收敛速度.我们还通过数值试验对所提出的算法进行测试,结果表明,在求解较大规模问题时,本文提出的算法的数值效果要好于谱尺度MBFGS算法,更远远好于扰动BFGS算法.
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