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 a sandwich relation on the spectrum of Riemannian and Euclidean Hessians at first-order stationary points (FOSPs). As a result of that, we obtain an equivalence on the set of FOSPs, second-order stationary points (SOSPs) and strict saddles between the manifold and the factorization formulations. In addition, we show the sandwich relation can be used to transfer more quantitative geometric properties from one formulation to another. Similarities and differences in 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, and it provides a geometric explanation for the similar empirical performance of factorization and manifold approaches in low-rank matrix optimization observed in the literature. 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, in particular, the sandwich relation, 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,我们考虑了广泛研究的低级正半成品(PSD)和一般矩阵优化中多元和因子化配方的几何景观联系;我们在一阶固定点(FOSPs)对里曼尼亚和欧几里德黑森山脉的频谱建立三明治关系;因此,我们在一组FOSP、二阶固定点(SOSPs)和多种元和因子化配方之间的严格搭配上等值;此外,我们展示了三明治关系可以用来从一种配方向另一种配方转移更多的定量几何特性;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;就我们所知,这是处理等级限制的多重和因子化配方之间的第一个几何景观联系;因此,我们从文献中观察到的低级矩阵优化中类似的因子化实证表现和多重方法;此外,在一般低级矩阵优化中,两种因子化配方(不正规和正规的、固定的和固定的地平级的地平级关系中,我们在不断变平级的地理结构对比中,通过这些正变的变的变的系统关系,也提供了这些精确的、更精确的、更精确的、更精确的变的地理结构的变相系关系,在不断的精确的精确的精确的变相关系上的问题。

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