In this paper, we consider the geometric landscape connection of the widely studied manifold and factorization formulations in low-rank positive semidefinite (PSD) and general matrix optimization. We establish an equivalence on the set of first-order stationary points (FOSPs) and second-order stationary points (SOSPs) between the manifold and the factorization formulations. We further give a sandwich inequality on the spectrum of Riemannian and Euclidean Hessians at FOSPs, which can be used to transfer more geometric properties from one formulation to another. Similarities and differences on the landscape connection under the PSD case and the general case are discussed. To the best of our knowledge, this is the first geometric landscape connection between the manifold and the factorization formulations for handling rank constraints. In the general low-rank matrix optimization, the landscape connection of two factorization formulations (unregularized and regularized ones) is also provided. By applying these geometric landscape connections, we are able to solve unanswered questions in literature and establish stronger results in the applications on geometric analysis of phase retrieval, well-conditioned low-rank matrix optimization, and the role of regularization in factorization arising from machine learning and signal processing.


翻译:在本文中,我们考虑了在低级正半成品(PSD)和一般矩阵优化中广泛研究的多元和分数配方的几何地貌联系;我们在一组一阶固定点(FOSP)和二阶固定点(SOSP)之间,在多元和分数配方(SOSP)之间,对一组一阶固定点(FOSP)和二阶固定点(SOSP)之间,建立等同;在FOSP中,我们进一步给Riemannian和Eucliidean Hessian的频谱提供了三明治的不平等性,这两类配方(不正规和常规化的配方)可以用来将更多的几何特性从一个方形转换到另一个方形。讨论了私营部门司案例和一般案例下地貌连接的相似性和差异。据我们所知,这是处理等级制约的多重和分级配方(SOSPS)和第二阶定点配方(SOSPs)之间的第一个几何地貌联系。在一般情况下,我们还可以提供两种低级矩阵优化矩阵优化矩阵优化矩阵优化的组合组合(不正规化组合和正规化的组合)的组合的组合。通过应用这些地形连接,我们能够解决文献中未解的问题,并在应用阶段、完善的图像处理中建立较强的结果。

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