In this paper we consider finding a second-order stationary point (SOSP) of nonconvex equality constrained optimization when a nearly feasible point is known. In particular, we first propose a new Newton-CG method for finding an approximate SOSP of unconstrained optimization and show that it enjoys a substantially better complexity than the Newton-CG method [56]. We then propose a Newton-CG based augmented Lagrangian (AL) method for finding an approximate SOSP of nonconvex equality constrained optimization, in which the proposed Newton-CG method is used as a subproblem solver. We show that under a generalized linear independence constraint qualification (GLICQ), our AL method enjoys a total inner iteration complexity of $\widetilde{\cal O}(\epsilon^{-7/2})$ and an operation complexity of $\widetilde{\cal O}(\epsilon^{-7/2}\min\{n,\epsilon^{-3/4}\})$ for finding an $(\epsilon,\sqrt{\epsilon})$-SOSP of nonconvex equality constrained optimization with high probability, which are significantly better than the ones achieved by the proximal AL method [60]. Besides, we show that it has a total inner iteration complexity of $\widetilde{\cal O}(\epsilon^{-11/2})$ and an operation complexity of $\widetilde{\cal O}(\epsilon^{-11/2}\min\{n,\epsilon^{-5/4}\})$ when the GLICQ does not hold. To the best of our knowledge, all the complexity results obtained in this paper are new for finding an approximate SOSP of nonconvex equality constrained optimization with high probability. Preliminary numerical results also demonstrate the superiority of our proposed methods over the ones in [56,60].


翻译:在本文中,我们考虑在接近可行时找到一个非convex平等限制优化的第二级固定点(SOSP) 。 特别是, 我们首先提出一个新的 牛顿- CG 方法, 以寻找一个近似不受限制的SOSP, 并显示其复杂性大大高于 牛顿- CG 方法 [56] 。 我们然后提出一个基于 牛顿- CG 的增强Lagrangian (AL) 方法, 以寻找一个近似SOSP的非convex 平等限制优化, 其中拟议的 牛顿- CG 方法被用作子问题解决器 。 我们显示, 在通用线性独立限制( GLICQQQQQQ) 中, AL 方法的内在内部复杂度非常高, 当我们内部的 OSPlexx IMLIQQQQQQQQNLO 和 IMLILO 数据也明显显示, 当我们内部的 QLESILO 的深度分析结果时, 。

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