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Convex.Function.StronglyConvex

the properties of strongly convex function and gradient descent method for strongly convex function

theorem Strongly_Convex_Bound {E : Type u_1} [NormedAddCommGroup E] [InnerProductSpace ℝ E] {s : Set E} {f : E → ℝ} (m : ℝ) (strongly_convex : StrongConvexOn s m f) ⦃x : E⦄ :
x ∈ s → ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a : ℝ⦄, 0 < a → ∀ ⦃b : ℝ⦄, 0 < b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a * f x + b * f y - m / 2 * a * b * ‖x - y‖ ^ 2
theorem stronglyConvexOn_def {E : Type u_1} [NormedAddCommGroup E] [InnerProductSpace ℝ E] {s : Set E} {f : E → ℝ} {m : ℝ} (hs : Convex ℝ s) (hfun : ∀ ⦃x : E⦄, x ∈ s → ∀ ⦃y : E⦄, y ∈ s → ∀ ⦃a : ℝ⦄, 0 ≤ a → ∀ ⦃b : ℝ⦄, 0 ≤ b → a + b = 1 → f (a • x + b • y) ≤ a * f x + b * f y - m / 2 * a * b * ‖x - y‖ ^ 2) :
theorem Strongly_Convex_Unique_Minima {E : Type u_1} [NormedAddCommGroup E] [InnerProductSpace ℝ E] {s : Set E} {f : E → ℝ} {m : ℝ} {xm : E} {xm' : E} {mp : m > 0} (hsc : StrongConvexOn s m f) (min : IsMinOn f s xm) (min' : IsMinOn f s xm') (hxm : xm ∈ s) (hxm' : xm' ∈ s) :
xm = xm'
theorem Strong_Convex_lower {E : Type u_1} [NormedAddCommGroup E] [InnerProductSpace ℝ E] [CompleteSpace E] {s : Set E} {f : E → ℝ} {m : ℝ} {f' : E → E} (hsc : StrongConvexOn s m f) (hf : ∀ x ∈ s, HasGradientAt f (f' x) x) (x : E) :
x ∈ s → ∀ y ∈ s, ⟪f' x - f' y, x - y⟫_ℝ ≥ m * ‖x - y‖ ^ 2
theorem Lower_Strong_Convex {E : Type u_1} [NormedAddCommGroup E] [InnerProductSpace ℝ E] [CompleteSpace E] {s : Set E} {f : E → ℝ} {m : ℝ} {f' : E → E} (hf : ∀ x ∈ s, HasGradientAt f (f' x) x) (hs : Convex ℝ s) (h : ∀ x ∈ s, ∀ y ∈ s, ⟪f' x - f' y, x - y⟫_ℝ ≥ m * ‖x - y‖ ^ 2) :
theorem Strong_Convex_iff_lower {E : Type u_1} [NormedAddCommGroup E] [InnerProductSpace ℝ E] [CompleteSpace E] {s : Set E} {f : E → ℝ} {m : ℝ} {f' : E → E} (hf : ∀ x ∈ s, HasGradientAt f (f' x) x) (hs : Convex ℝ s) :
StrongConvexOn s m f ↔ ∀ x ∈ s, ∀ y ∈ s, ⟪f' x - f' y, x - y⟫_ℝ ≥ m * ‖x - y‖ ^ 2
theorem Strong_Convex_second_lower {E : Type u_1} [NormedAddCommGroup E] [InnerProductSpace ℝ E] [CompleteSpace E] {s : Set E} {f : E → ℝ} {m : ℝ} {f' : E → E} (hsc : StrongConvexOn s m f) (hf : ∀ x ∈ s, HasGradientAt f (f' x) x) (x : E) :
x ∈ s → ∀ y ∈ s, f y ≥ f x + ⟪f' x, y - x⟫_ℝ + m / 2 * ‖y - x‖ ^ 2