改进Newton迭代法以提高收敛性 - 论Newton下山法的局部收敛性

如果迭代过程对任意初始值都收敛于同一点，则该迭代格式在该点附近具有局部收敛性。通过判定迭代函数在根附近的连续性和导数性质，可以确定迭代格式的局部收敛性。

当方程中收敛因子p等于1时，可推出迭代公式具有局部收敛性。

高斯-赛德尔迭代法收敛性分析 本章节深入分析了高斯-赛德尔迭代法在解决优化问题时的收敛特性。具体而言，我们关注以下形式的优化问题： min f(x) = 1/2 * x^T * A * x - b^T * x s.t. x ≥ 0 其中 A 是一个对称正定矩阵。 高斯-赛德尔迭代过程可以表示为： x^(k+1) = (D-L)^(-1) * (Ux^(k) + b) D, L, U 分别代表矩阵 A 的对角线、下三角和上三角部分。 模型KKT条件 在深入研究收敛性之前，我们需要理解与优化问题相关的KKT条件。对于非负约束的极小化问题，其一般形式为： min h(x) s.t. g_i(x) ≥ 0, i = 1, ..., m 构建拉格朗日函数： L(x, λ) = h(x) - ∑_{i=1}^m λ_i * g_i(x) KKT条件提供了一组用于检查候选解是否为最优解的必要条件。这些条件包括： 平稳性: ∇_x L(x, λ) = 0 原始可行性: g_i(x) ≥ 0, i = 1, ..., m 对偶可行性: λ_i ≥ 0, i = 1, ..., m 互补松弛条件: λ_i * g_i(x) = 0, i = 1, ..., m 通过分析模型的KKT条件，我们可以深入理解其最优解的特性，并为收敛性分析提供理论基础。

本研究探讨如何改善Nelder-Mead算法及其在fminsearch中的应用，特别关注提高收敛性的通用技巧。研究发现，通过本地重新启动Nelder-Mead算法，可以有效提升其在解决复杂问题中的表现，尤其是在达到给定准确度方面存在显著优势。此外，尽管fminsearch在简单平滑的二次目标函数上存在困难，但通过相同的本地重新启动策略可以部分解决这一问题。值得注意的是，尽管在实践中重新启动Nelder-Mead可能导致局部最优解，但这种方法仍显著改善了算法的整体性能。

MATLAB开发涉及到中间粒子群优化的多群收敛分析，包括异源搜索和合作策略。该方法提高算法在复杂问题中的效率和鲁棒性。

LMS算法的性能分析：自适应收敛性 LMS算法中，滤波系数矢量 w(n) 的初始值 w(0) 为任意常数。由于算法采用随机梯度下降的方式更新系数，w(n) 的变化呈现出非平稳的随机过程。为了简化分析过程，通常假设算法迭代过程中满足以下条件： 输入信号样本矢量的独立性: 每个输入信号样本矢量 x(n) 与其历史样本矢量 x(k) (k = 0, 1, 2, ..., n-1) 统计独立且互不相关。 该假设可以用数学表达式表示为： E[x(n)xH(k)] = 0; k = 0, 1, 2, ..., n-1 (5-16) 其中，E[ ] 表示期望运算，xH(k) 表示 x(k) 的共轭转置。

负相依概念在统计分析和可靠性理论中具有广泛的应用。本研究探讨了行为两两负象限相依 (NQD) 阵列加权和的矩完全收敛性问题。通过矩不等式和截尾方法， 为行为两两NQD阵列加权和的矩完全收敛性建立了充分条件。 此外， 将所得结果应用于基于负象限相依序列的平滑移动过程，获得了其矩完全收敛性， 推广并完善了已有研究成果。

利用迭代法求解方程的根 输入: 初始猜测值 x0，精度要求 eps，最大迭代次数 N0 输出: 迭代次数 i 和近似解 x，或失败信息 步骤: 设置 i = 1 当 i ≤ N0 时，执行步骤 3-6 计算： x1 = g(x0) x2 = g(x1) x = x0 - (x1 - x0)^2 / (x2 - 2x1 + x0) 如果 |x - x0| < eps> 否则，令 x0 = x，i = i + 1，返回步骤 2 如果 i > N0，则输出失败信息，表示在最大迭代次数内未找到满足精度要求的解 注意: g(x) 为原方程的等价形式，例如对于方程 f(x) = 0，可以将其改写为 x = g(x) 的形式。

图6.4展示了简化牛顿法的迭代收敛情况。实验6.5介绍了拟牛顿法（Broyden方法）的基本原理。牛顿迭代法每次迭代需计算当前步的Jacobi矩阵的逆矩阵，计算量较大。为避免每次迭代都计算逆矩阵，我们尝试构造kH逼近kf'(x)的逆矩阵。拟牛顿法的一种类型即Broyden方法，其迭代格式为： x^(k+1) = x^k - H^k * f(x^k)。其中，Δx = x^(k+1) - x^k，y = f(x^k) - f(x^(k-1))。拟牛顿法是20世纪60年代以来新兴的算法之一，具有较高的应用前景。