We consider smooth optimization problems with a Hermitian positive semi-definite fixed-rank constraint, where a quotient geometry with three Riemannian metrics $g^i(\cdot, \cdot)$ $(i=1,2,3)$ is used to represent this constraint. By taking the nonlinear conjugate gradient method (CG) as an example, we show that CG on the quotient geometry with metric $g^1$ is equivalent to CG on the factor-based optimization framework, which is often called the Burer--Monteiro approach. We also show that CG on the quotient geometry with metric $g^3$ is equivalent to CG on the commonly-used embedded geometry. We call two CG methods equivalent if they produce an identical sequence of iterates $\{X_k\}$. In addition, we show that if the limit point of the sequence $\{X_k\}$ generated by an algorithm has lower rank, that is $X_k\in \mathbb C^{n\times n}, k = 1, 2, \ldots$ has rank $p$ and the limit point $X_*$ has rank $r < p$, then the condition number of the Riemannian Hessian with metric $g^1$ can be unbounded, but those of the other two metrics stay bounded. Numerical experiments show that the Burer--Monteiro CG method has slower local convergence rate if the limit point has a reduced rank, compared to CG on the quotient geometry under the other two metrics. This slower convergence rate can thus be attributed to the large condition number of the Hessian near a minimizer.


翻译:我们用埃米提亚正半不完全的固定等级限制来考虑平滑优化问题, 在这种限制中, 我们以埃米提亚正半半不完全的半不完全固定等级限制来代表这个限制。 我们以非线性共振梯度法( CG) 为例, 我们以低位数的CG为例, 以 $g+1 美元为单位的低位几何值相当于 以系数为基础的优化框架的CG, 通常称之为 Burer- Monteiro 方法。 我们还显示, 以 $3 的里格( cdot) 3 基数的CG 数数数数相当于 $( i= 1, 2, 2, 美元 美元 美元 内基数等于 美元内基数的CG 方法。 此外, 我们显示, 如果一个算法的序列 $X_k$(nc) 的上限比值比值较低, 则以 $( $) 美元内基数为 的美元内基数。

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