最速下降法解析（理解笔记）

我们在高中或本科时期就了解到：当函数存在解析形式且容易进行求导（$f(x)$在最优点 $x^{\ast }$附近可微），那么 x* 是局部极小点的必要条件为： $df(x^{\ast })=0$。
然而，并不是所有的函数都容易求导，或者求导之后进行计算。所以引出了一系列基于最小二乘的优化算法如：“最速下降法（很多情况下也称为梯度下降法）、牛顿法、高斯牛顿法、LM算法”。

下面简单记录一下基本的最速下降法步骤及实例。

最速下降法

简要介绍：

第一步，选取一个迭代的初始值，设置迭代终止的阈值，第一次迭代$k=0$
第二步，计算函数$f(x)$在迭代$k=0$处的一阶梯度$▽f(x^k)$，如果$||▽f(x^k)||<\epsilon$停止迭代，输出$x^k$，反之，进行下一步。
第三步，找到梯度的反方向$p^k=-▽f(x^k)$，作为下降最快的方向。
第四步，假设，在$p^k$方向前进了步长：$t_k$，使得下式成立：
$f(x^k+t_k{p}^k)=minf(x^k+t{p}^k)$

即：找到一个最优的步长$t_k$，使得$f(x^k+t_k{p}^k)$最小

接着：
改变$x^{k+1}$的值，$x^{k+1}=x^k+t_k{p}^k$。
同时，$k=k+1$。
转入第二步，进行判断进入下一次迭代或输出。

实例

上述内容主要参考了大佬的知乎回答：【最优化】一文搞懂最速下降法，这里仅进行记录，巩固自己的理解。