ПМИ МАГ 2022. Методы МО - Gradient Descent with Momentum

Задача 04B. Gradient Descent with Momentum ≡

задачи
видимые пробелы
простые формулы
широкий текст
редактор

Входной файл:	Стандартный вход	Ограничение времени:	1 сек
Выходной файл:	Стандартный выход	Ограничение памяти:	512 Мб
Максимальный балл:	1

Условие

Требуется реализовать на языке Python класс GDM, который описывает алгоритм градиентного спуска с моментом и имеет следующий интерфейс:


import numpy as np

class GDM:
    '''Represents a Gradient Descent with Momentum optimizer

    Fields:
        eta: learning rate
        alpha: exponential decay factor
    '''

    eta: float
    alpha: float

    def __init__(self, *, alpha: float = 0.9, eta: float = 0.1):
        '''Initalizes `eta` and `alpha` fields'''
        raise NotImplementedError()

    def optimize(self, oracle: Oracle, x0: np.ndarray, *,
                 max_iter: int = 100, eps: float = 1e-5) -> np.ndarray:
        '''Optimizes a function specified as `oracle` starting from point `x0`.
        The optimizations stops when `max_iter` iterations were completed or 
        the L2-norm of the gradient at current point is less than `eps`

        Args:
            oracle: function to optimize
            x0: point to start from
            max_iter: maximal number of iterations
            eps: threshold for L2-norm of gradient

        Returns:
            A point at which the optimization stopped
        '''
        raise NotImplementedError()

Параметрами алгоритма являются:

alpha — скорость затухания момента,
eta — learning rate.

Параметрами процесса оптимизации являются:

oracle — оптимизируемая функция,
x0 — начальная точка,
max_iter — максимальное количество итераций,
eps — пороговое значение L2 нормы градиента.

Оптимизация останавливается при достижении max_iter количества итераций или при достижении точки, в которой L2 норма градиента меньше eps.

Класс Oracle описывает оптимизируемую функцию:


import numpy as np

class Oracle:
    '''Provides an interface for evaluating a function and its derivative at arbitrary point'''
    
    def value(self, x: np.ndarray) -> float:
        '''Evaluates the underlying function at point `x`

        Args:
            x: a point to evaluate funciton at

        Returns:
            Function value
        '''
        raise NotImplementedError()
        
    def gradient(self, x: np.ndarray) -> np.ndarray:
        '''Evaluates the underlying function derivative at point `x`

        Args:
            x: a point to evaluate derivative at

        Returns:
            Function derivative
        '''
        raise NotImplementedError()

Формат выходных данных

Код решения должен содержать только определение и реализацию класса.