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展開目標函數:
我們有從 (3.63) 得出的最佳化問題:
J(θ+,θ−)=21∥y−ΦT(θ+−θ−)∥2+λ∑i(θ+_i+θ−_i)
首先,我們展開平方 L2 範數項 21∥y−ΦT(θ+−θ−)∥2:
21(y−ΦT(θ+−θ−))T(y−ΦT(θ+−θ−))
=21yTy−yTΦT(θ+−θ−)+21(θ+−θ−)TΦΦT(θ+−θ−)
現在,我們用串接向量 x=[θ+θ−] 來表達這個式子。請注意:
θ+−θ−=[I−I][θ+θ−]=[I−I]x
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建構二次項 H:
觀察展開式中的二次項部分:
21(xT[I−I])ΦΦT([I−I]x)
=21xT([I−I]ΦΦT[I−I])x
=21xT[ΦΦT−ΦΦT−ΦΦTΦΦT]x
因此,我們得出了 Hessian 矩陣 H:
H=[ΦΦT−ΦΦT−ΦΦTΦΦT]
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建構線性項 f:
線性部分來自平方範數的交叉項和 L1 懲罰項。
交叉項:
−yTΦT(θ+−θ−)=−(Φy)T(θ+−θ−)=[−ΦyΦy]T[θ+θ−]
請注意,這與 −[Φy−Φy]Tx 完全吻合。
正則化項:
λ∑∗i(θ+_i+θ−_i)=λ1Tθ++λ1Tθ−=(λ[11])T[θ+θ−]=(λ1∗2D)Tx
合併這些線性部分得到 fTx:
fTx=(λ1−[Φy−Φy])Tx
這讓我們可以明確地定義出:
f=λ1−[Φy−Φy]
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最終檢查:
目標函數變為:
J(x)=21xTHx+fTx+21yTy
由於 21yTy 相對於變數 x 是一個常數,在最小化目標時可以將其忽略。限制條件 θ+≥0 且 θ−≥0 可以精簡地寫為 x≥0。
因此,該問題完全等價於:
min_x21xTHx+fTxs.t. x≥0
這剛好符合題目所要求的形式。