ADMM 算法的基本概念

ADMM是一种分布式优化方法,其主要思想为将复杂的目标问题进行分解,得到多个可以并行求解的子问题,在对优化问题进行求解的过程中,先对每个子问题进行局部优化求解,最后将局部子问题的最优解进行融合得到全局问题的最优解。其算法模型为:

其中,,函数和为关于变量x 和z 的连续函数。由上述模型可以看出,ADMM算法的全局变量可以拆分成两个可分离的局部变量,且这两个局部变量满足约束条件中的线性等式约束,同时目标函数关于这两个局部变量也可拆分成两个可分离的子函数。

ADMM 对于函数f 和g 的凸性没有要求,函数f 和g 为凸函数或者非凸函数,ADMM都可以进行求解。增广拉格朗日函数可以写成如下形式:

其中,y 为拉格朗日乘子,称为惩罚因子,ADMM 算法的迭代过程可以分成三步:

由上述公式可以看出,ADMM 算法首先利用上一次迭代的变量z 和拉格朗日乘子y 更新变量x ,之后利用刚更新的局部变量x 和上一次迭代的拉格朗日乘子y 更新局部变量z ,最后根据在本次迭代中已经更新的局部变量x 和z 来更新拉格朗日乘子y 。

按照这样的顺序,ADMM 算法的各个变量之间交替更新。为了简化形式,定义,可以将ADMM 算法的迭代过程写成放缩的形式:

这里定义对偶残差 和原始残差。一般来说,ADMM 算法迭代的终止准则可以通过原始残差和对偶残差来判断,当原始残差和对偶残差足够小时,即

ADMM 算法迭代过程可以终止,其中和为原始可行条件和对偶可行条件的容忍度。

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