In this paper, we focus on using optimization methods to solve matrix equations by transforming the problem of solving the Sylvester matrix equation or continuous algebraic Riccati equation into an optimization problem. Initially, we use a constrained convex optimization method (CCOM) to solve the Sylvester matrix equation with $\ell_{2,1}$-norm, where we provide a convergence analysis and numerical examples of CCOM; however, the results show that the algorithm is not efficient. To address this issue, we employ classical quasi-Newton methods such as DFP and BFGS algorithms to solve the Sylvester matrix equation and present the convergence and numerical results of the algorithm. Additionally, we compare these algorithms with the CG algorithm and AR algorithm, and our results demonstrate that the presented algorithms are effective. Furthermore, we propose a unified framework of the alternating direction multiplier method (ADMM) for directly solving the continuous algebraic Riccati equation (CARE), and we provide the convergence and numerical results of ADMM. Our experimental results indicate that ADMM is an effective optimization algorithm for solving CARE. Finally, to improve the effectiveness of the optimization method for solving Riccati equation, we propose the Newton-ADMM algorithm framework, where the outer iteration of this method is the classical Newton method, and the inner iteration involves using ADMM to solve Lyapunov matrix equations inexactly. We also provide the convergence and numerical results of this algorithm, which our results demonstrate are more efficient than ADMM for solving CARE.


翻译:本文聚焦于利用优化方法求解矩阵方程,通过将求解Sylvester矩阵方程或连续代数Riccati方程的问题转化为优化问题。首先,采用约束凸优化方法(CCOM)求解带有$\ell_{2,1}$范数的Sylvester矩阵方程,并给出了CCOM的收敛性分析与数值算例;然而结果表明该算法效率不高。为解决此问题,我们运用经典拟牛顿方法(如DFP和BFGS算法)求解Sylvester矩阵方程,并给出了算法的收敛性及数值结果。此外,我们将这些算法与CG算法及AR算法进行比较,结果表明所提算法是有效的。进一步地,我们提出了一种交替方向乘子法(ADMM)的统一框架,用于直接求解连续代数Riccati方程(CARE),并给出了ADMM的收敛性与数值结果。实验结果表明,ADMM是求解CARE的有效优化算法。最后,为提升求解Riccati方程优化方法的有效性,我们提出了Newton-ADMM算法框架,其中该方法的迭代外层为经典的牛顿法,内层则利用ADMM不精确求解Lyapunov矩阵方程,同时给出了该算法的收敛性与数值结果。结果表明,在求解CARE时,该算法的效率优于ADMM。

0
下载
关闭预览

相关内容

 DiffRec: 扩散推荐模型(SIGIR'23)
专知会员服务
48+阅读 · 2023年4月16日
牛津大学最新《计算代数拓扑》笔记书,107页pdf
专知会员服务
44+阅读 · 2022年2月17日
专知会员服务
24+阅读 · 2020年9月25日
ExBert — 可视化分析Transformer学到的表示
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月16日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
RCNN算法分析
统计学习与视觉计算组
10+阅读 · 2018年1月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12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
2+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Optimization for deep learning: theory and algorithms
Arxiv
106+阅读 · 2019年12月19日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
5+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
18+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
相关资讯
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
RCNN算法分析
统计学习与视觉计算组
10+阅读 · 2018年1月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
可解释的CNN
CreateAMind
18+阅读 · 2017年10月5日
Layer Normalization原理及其TensorFlow实现
深度学习每日摘要
32+阅读 · 2017年6月17日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12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
2+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员