The EM (Expectation-Maximization) algorithm is regarded as an MM (Majorization-Minimization) algorithm for maximum likelihood estimation of statistical models. Expanding this view, this paper demonstrates that by choosing an appropriate probability distribution, even nonstatistical optimization problem can be cast as a negative log-likelihood-like minimization problem, which can be approached by an EM (or MM) algorithm. When a polynomial objective is optimized over a simple polyhedral feasible set and an exponential family distribution is employed, the EM algorithm can be reduced to a natural gradient descent of the employed distribution with a constant step size. This is demonstrated through three examples. In this paper, we demonstrate the global convergence of specific cases with some exponential family distributions in a general form. In instances when the feasible set is not sufficiently simple, the use of MM algorithms can nevertheless be adequately described. When the objective is to minimize a convex quadratic function and the constraints are polyhedral, global convergence can also be established based on the existing results for an entropy-like proximal point algorithm.


翻译:EM(期望最大化)算法被视为用于统计模型最大似然估计的MM(优化-最小化)算法。本文拓展这一观点,证明通过选择合适的概率分布,即使是非统计优化问题也可转化为类负对数似然最小化问题,从而可通过EM(或MM)算法求解。当在简单多面体可行集上优化多项式目标函数并采用指数族分布时,EM算法可简化为采用分布的恒定步长自然梯度下降。这一结论通过三个示例得以验证。本文以一般形式证明了特定指数族分布情形下的全局收敛性。当可行集不够简单时,MM算法的应用仍能得到充分描述。当目标函数为凸二次函数最小化且约束为多面体时,基于现有熵类近端点算法的研究成果亦可建立全局收敛性。

0
下载
关闭预览

相关内容

在数学和计算机科学之中,算法(Algorithm)为一个计算的具体步骤,常用于计算、数据处理和自动推理。精确而言,算法是一个表示为有限长列表的有效方法。算法应包含清晰定义的指令用于计算函数。 来自维基百科: 算法
【阿姆斯特丹博士论文】带约束学习的优化算法
专知会员服务
19+阅读 · 2025年4月4日
【NeurIPS2023】强化学习中的概率推理:正确的方法
专知会员服务
28+阅读 · 2023年11月25日
神经模型中组合求解器和离散分布的集成,77页ppt
专知会员服务
23+阅读 · 2022年12月30日
《通信和导航中的优化算法设计》美国空军研究实验室
专知会员服务
40+阅读 · 2022年8月19日
机器学习中的最优化算法总结
人工智能前沿讲习班
22+阅读 · 2019年3月22日
从最大似然到EM算法:一致的理解方式
PaperWeekly
19+阅读 · 2018年3月19日
干货|EM算法原理总结
全球人工智能
17+阅读 · 2018年1月10日
干货|掌握机器学习数学基础之优化[1](重点知识)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年11月19日
干货|通俗易懂地解释EM算法并举例说明?
机器学习研究会
12+阅读 · 2017年11月17日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
8+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2月15日
VIP会员
相关资讯
机器学习中的最优化算法总结
人工智能前沿讲习班
22+阅读 · 2019年3月22日
从最大似然到EM算法:一致的理解方式
PaperWeekly
19+阅读 · 2018年3月19日
干货|EM算法原理总结
全球人工智能
17+阅读 · 2018年1月10日
干货|掌握机器学习数学基础之优化[1](重点知识)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年11月19日
干货|通俗易懂地解释EM算法并举例说明?
机器学习研究会
12+阅读 · 2017年11月17日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
8+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员