We consider the problem of provably finding a stationary point of a smooth function to be minimized on the variety of bounded-rank matrices. While optimization on low-rank matrices has been extensively studied, existing algorithms do not provide such a basic guarantee. We trace this back to a geometric obstacle: On a nonsmooth set, there may be sequences of points along which standard measures of stationarity tend to zero, but whose limit point is not stationary. We name such events apocalypses, as they can cause optimization algorithms to converge to non-stationary points. We illustrate this on an existing algorithm using an explicit apocalypse on the bounded-rank matrix variety. To provably find stationary points, we modify a trust-region method on a standard smooth parameterization of the variety. The method relies on the known fact that second-order stationary points on the parameter space map to stationary points on the variety. Our geometric observations and proposed algorithm generalize beyond bounded-rank matrices. We give a geometric characterization of apocalypses on general constraint sets, which implies that Clarke-regular sets do not admit apocalypses. Such sets include smooth manifolds, manifolds with boundaries, and convex sets. Our trust-region method supports parameterization by any complete Riemannian manifold.


翻译:我们认为,找到一个平稳功能的固定点的问题,应该尽量缩小各种封闭式矩阵。虽然对低层矩阵的优化已经进行了广泛研究,但现有的算法并不能提供这种基本保证。我们将此追溯到几何障碍:在非悬浮的一组中,可能存在一些点的序列,其标准测距标准测距为零,但其限制点不是静止的。我们给出了此类事件,因为它们可能导致优化算法与非静止点相趋近。我们在现行算法上用一个明确的测算法来说明这一点,在约束式矩阵中,我们用明确的测算法来说明这一点。要找到固定点,我们就将信任区域方法修改为各种标准平稳的参数化:在非悬浮的一组中,该方法依据已知的事实,即参数空间地图上的二级测距定点与各种定点不相同。我们的测地观测和拟议算法一般测算法可以使优化算法与非静止矩阵相交汇合。我们给出了对现有测算法的测算法特征,它意味着,标准区域平坦式的测距系统并不接受任何信任的矩阵。

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