Though quasi-Newton methods have been extensively studied in the literature, they either suffer from local convergence or use a series of line searches for global convergence which is not acceptable in the distributed setting. In this work, we first propose a line search free greedy quasi-Newton (GQN) method with adaptive steps and establish explicit non-asymptotic bounds for both the global convergence rate and local superlinear rate. Our novel idea lies in the design of multiple greedy quasi-Newton updates, which involves computing Hessian-vector products, to control the Hessian approximation error, and a simple mechanism to adjust stepsizes to ensure the objective function improvement per iterate. Then, we extend it to the master-worker framework and propose a distributed adaptive GQN method whose communication cost is comparable with that of first-order methods, yet it retains the superb convergence property of its centralized counterpart. Finally, we demonstrate the advantages of our methods via numerical experiments.


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拟牛顿法(Quasi-Newton Methods)是求解非线性优化问题最有效的方法之一,于20世纪50年代由美国Argonne国家实验室的物理学家W. C. Davidon所提出来。Davidon设计的这种算法在当时看来是非线性优化领域最具创造性的发明之一。不久R. Fletcher和M. J. D. Powell证实了这种新的算法远比其他方法快速和可靠,使得非线性优化这门学科在一夜之间突飞猛进。
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