回答贴:关于LMS算法步长范围推导

最陡下降法矢量迭代公式:
w ( n + 1 ) = w ( n ) + μ ( ( n ) ) \boldsymbol{w(n+1)}=\boldsymbol{w(n)}+\mu(-\boldsymbol{\nabla}(n))
其中梯度 = R w ( n ) P \boldsymbol{\nabla}=\boldsymbol{Rw(n)-P} 代入上式:
w ( n + 1 ) = w ( n ) 2 μ ( R w ( n ) P ) \boldsymbol{w(n+1)}=\boldsymbol{w(n)}-2\mu(\boldsymbol{Rw(n)-P})
而梯度为零的地方为为维纳解 w = P / R w^*=\boldsymbol{P/R}
所以:
w ( n + 1 ) = w ( n ) 2 μ R ( w ( n ) w ) = [ I 2 μ R ] w ( n ) + 2 μ R w \begin{aligned} \boldsymbol{w(n+1)}&=\boldsymbol{w(n)}-2\mu\boldsymbol{R}(\boldsymbol{w(n)-w^*}) \\ &=[\boldsymbol{I-2\mu R}]w(n)+2\mu R w^* \end{aligned}
由于上式 w ( n ) w(n) 的系数矩阵不是对角阵(不是对角阵的话求解矩阵方程计算量会很大),所以这里我把 w w 坐标系通过平移和旋转变成主轴坐标 v v' ,所以:
v ( n + 1 ) = [ I 2 μ Λ ] v ( n + ) \boldsymbol{v'(n+1)}=[\boldsymbol{I-2\mu \Lambda}] \boldsymbol{v'(n+)}
重点来了,通过标量迭代推导:
v ( n + 1 ) = [ I 2 μ Λ ] n v ( 0 ) \boldsymbol{v'(n+1)}=[\boldsymbol{I-2\mu \Lambda}]^n \boldsymbol{v'(0)}
通过观察上式,系数矩阵是一个 n n 次幂阵,为了使算法稳定,而不会因为迭代次数爆炸,所以:
lim n [ I 2 μ Λ ] n = 0 \lim_{n\to \infty}[\boldsymbol{I-2\mu \Lambda}]^n=\boldsymbol{0}
或者写成标量表达:
lim n [ 1 2 μ λ k ] n = 0 \lim_{n\to \infty}[1-2\mu \lambda_k]^n=0
所以:
1 2 μ λ k < 1 , k = 0 , 1 , |1-2\mu \lambda_k|<1,k=0,1,\dots
终于推导出来了
0 < μ < λ m a x 1 0<\mu<\lambda_{max}^{-1}
上式中, λ m a x \lambda_{max} R \boldsymbol{R} 最大特征值。

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