CS205A HW4
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这次回顾作业4。
Problem 1
(a)假设
那么原问题可以化为如下形式:
构造拉格朗日乘子:
关于$(\Delta J)_{ij}$求偏导并令其为$0$得到
所以
带回$\Delta J.\Delta \vec x =\vec d$可得
因此
回顾各项的定义,我们得到
(b)带入验证即可:
(c)原始的迭代形式为:
由(b)可得
其中
Problem 2
(a)使用奇异值分解:
因为$m=n$,所以$\Sigma$为对角阵,即
因此
计算trace可得
(b)证明一般情形,如果$A\in \mathbb R^{n\times m},B\in \mathbb R^{m\times n}$,那么
注意到
注意到
所以
(c)由SVD分解可得
记
那么
并且
利用定义可得
当且仅当
时等号成立,即
(d)对于满足条件$C^TC=I$的$C$,我们有
所以
(e)令
那么我们需要最小化
由$L_1$正则化的特性,我们的结果会使得$A’$某些项为$0$,不妨设非零项的下标为
由SVD可得
所以得到$A_0$的低秩近似。
Problem 3
(a)回顾割线法的定义:
注意到
如果$x_k =x’$,那么
即
如果$x_{k-1}=x’$,那么
即
(b)假设$A$的奇异值为
回顾SVD的推导,我们知道
现在假设增加一行$\vec \alpha^T$,那么
因此
因此$\tilde A$的最小奇异值和最大奇异值均不小于$A$的最小奇异值和最大奇异值。
Problem 4
(a)将$\frac 1 a$视为
的零点,然后利用牛顿迭代法迭代即可,注意
所以
(b)
(c)由(b)可得
要使得计算结果达到$d$位$2$进制小数,我们有
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ValineLivere