Trust-region (TR) and adaptive regularization using cubics (ARC) have proven to have some very appealing theoretical properties for non-convex optimization by concurrently computing function value, gradient, and Hessian matrix to obtain the next search direction and the adjusted parameters. Although stochastic approximations help largely reduce the computational cost, it is challenging to theoretically guarantee the convergence rate. In this paper, we explore a family of stochastic TR and ARC methods that can simultaneously provide inexact computations of the Hessian matrix, gradient, and function values. Our algorithms require much fewer propagations overhead per iteration than TR and ARC. We prove that the iteration complexity to achieve $\epsilon$-approximate second-order optimality is of the same order as the exact computations demonstrated in previous studies. Additionally, the mild conditions on inexactness can be met by leveraging a random sampling technology in the finite-sum minimization problem. Numerical experiments with a non-convex problem support these findings and demonstrate that, with the same or a similar number of iterations, our algorithms require less computational overhead per iteration than current second-order methods.


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黑塞矩阵(Hessian Matrix),又译作海森矩阵、海瑟矩阵、海塞矩阵等,是一个多元函数的二阶偏导数构成的方阵,描述了函数的局部曲率。黑塞矩阵最早于19世纪由德国数学家Ludwig Otto Hesse提出,并以其名字命名。黑塞矩阵常用于牛顿法解决优化问题。
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