Escaping saddle points is a central research topic in nonconvex optimization. In this paper, we propose a simple gradient-based algorithm such that for a smooth function $f\colon\mathbb{R}^n\to\mathbb{R}$, it outputs an $\epsilon$-approximate second-order stationary point in $\tilde{O}(\log n/\epsilon^{1.75})$ iterations. Compared to the previous state-of-the-art algorithms by Jin et al. with $\tilde{O}((\log n)^{4}/\epsilon^{2})$ or $\tilde{O}((\log n)^{6}/\epsilon^{1.75})$ iterations, our algorithm is polynomially better in terms of $\log n$ and matches their complexities in terms of $1/\epsilon$. For the stochastic setting, our algorithm outputs an $\epsilon$-approximate second-order stationary point in $\tilde{O}((\log n)^{2}/\epsilon^{4})$ iterations. Technically, our main contribution is an idea of implementing a robust Hessian power method using only gradients, which can find negative curvature near saddle points and achieve the polynomial speedup in $\log n$ compared to the perturbed gradient descent methods. Finally, we also perform numerical experiments that support our results.


翻译:换马鞍点是非convex 优化的中央研究主题。 在本文中, 我们提出一个简单的基于梯度的算法, 这样对于一个光滑函数 $f\\ cron\ mathb{R\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\R}R}$, 它产生一个$\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

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在数学中,鞍点或极大极小点是函数图形表面上的一点,其正交方向上的斜率(导数)都为零,但它不是函数的局部极值。鞍点是在某一轴向(峰值之间)有一个相对最小的临界点,在交叉轴上有一个相对最大的临界点。
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