多元优化

鞍点(saddle point)

坐上马鞍看看它的形状:它朝前后向上弯,朝左右向下弯。曲面的鞍点正是这种几何——一个驻点,沿某些方向是极小、沿另一些方向是极大,因而既非真正的峰,也非真正的谷。往一个方向走你爬高,往另一个方向走你下降。

形式上,鞍点是梯度消失(故为驻点)但黑塞矩阵不定、同时具有正负特征值的点。最干净的例子是 f(x, y) = x^2 - y^2 在原点:沿 x 轴值像 x^2 一样上升,沿 y 轴像 -y^2 一样下降。这个交汇点到一阶是平的,却不稳定——它是个会让小球滚走的平衡点。在二元情形,二阶判别式 D = f_xx f_yy - (f_xy)^2 为负就是它的标记。

鞍点之所以重要,恰恰因为它伪装成最优点。令梯度为零会把它和真正的极大、极小一并找出,这正是为什么分类这一步不可或缺。它在渐近积分的鞍点法、相变理论、博弈论(极小极大平衡就是收益的鞍点)中居于核心,而在深度学习中尤其臭名昭著:大型网络的损失地形布满鞍点,比起局部极小,它们反而更常使朴素的梯度下降停滞不前。

真实的山口就是海拔函数的鞍点:它是分隔两谷的山脊上的最低点,却是从一谷翻到另一谷的小路上的最高点。一个方向上最低、另一个方向上最高——这就是既非极大也非极小的含义。

山口就是日常的鞍点——沿山脊最低,沿翻越路线最高。

鞍点和极大、极小一样梯度为零,所以一阶条件无法发现它——只有黑塞矩阵或二阶判别式才能揭出鞍点。

又称
minimax point马鞍点馬鞍點