There has been great interest in using tools from dynamical systems and numerical analysis of differential equations to understand and construct new optimization methods. In particular, recently a new paradigm has emerged that applies ideas from mechanics and geometric integration to obtain accelerated optimization methods on Euclidean spaces. This has important consequences given that accelerated methods are the workhorses behind many machine learning applications. In this paper we build upon these advances and propose a framework for dissipative and constrained Hamiltonian systems that is suitable for solving optimization problems on arbitrary smooth manifolds. Importantly, this allows us to leverage the well-established theory of symplectic integration to derive "rate-matching" dissipative integrators. This brings a new perspective to optimization on manifolds whereby convergence guarantees follow by construction from classical arguments in symplectic geometry and backward error analysis. Moreover, we construct two dissipative generalizations of leapfrog that are straightforward to implement: one for Lie groups and homogeneous spaces, that relies on the tractable geodesic flow or a retraction thereof, and the other for constrained submanifolds that is based on a dissipative generalization of the famous RATTLE integrator.


翻译:人们对使用动态系统和对差异方程式进行数字分析的工具非常感兴趣,以理解和构建新的优化方法,特别是最近出现了一个新的范例,将机械学和几何集成的想法应用到欧几里德空间的加速优化方法,这具有重要后果,因为加速方法是许多机器学习应用背后的工马。在本文件中,我们利用这些进步,提出了适合解决任意平滑的方块优化问题的消散和受限制的汉密尔顿系统框架。重要的是,这使我们能够利用成熟的静默集成理论来产生“技术匹配”的消散混合器。这为各种元件的优化带来了新的视角,根据模拟几何和后向误差分析的经典论据来保证汇合。此外,我们构筑了两种分离式跳蛙的概括,可以直接实施:一个是利伊集团和均匀空间,依靠可感光的大地学流或回流,另一个是基于著名的平流的分解式平流。

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