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什麼是牛頓法

牛頓-拉夫遜方法

牛頓法,又稱爲牛頓-拉夫遜方法(Newton-Raphson method),是一種在實數域和複數域上近似求解方程的方法。

牛頓法最初由艾薩克·牛頓於1736年提出,但其基本思想已經由Joseph Raphson於1690年提出,牛頓法的基本思想是利用函數f(x)的泰勒級數的前面幾項來尋找方程f(x)=0的根。在優化問題中,牛頓法通過迭代方式求解目標函數的極值,這基於這樣的觀察:在極值點附近,目標函數可以用其二階泰勒多項式近似表示,通過求解這個近似函數的極值點,可以獲得目標函數極值點的更好估計。

牛頓法相比於一階方法(如梯度下降法)具有更快的收斂速度,但在高維情況下,計算目標函數的二階偏導數可能導致計算複雜度高,且在某些情況下,目標函數的海森矩陣可能無法保持正定,從而不存在逆矩陣,此時牛頓法將不再適用。因此,人們提出了擬牛頓法,這是一種不需要二階偏導數的方法,而是通過構造一箇近似海森矩陣或其逆矩陣來優化目標函數。