等式約束本質是將約束問題轉為無約束問題,求解無約束函式的極值點引數(由原問題引數和拉格朗日乘子引數組成),抽取原問題的極值點(極大或極小)。
以下為等式約束:
這其實就是求l的極值點的方程組,滿足上述條件的點一定是原問題的極值點,證明:
設當前已有的一組拉格朗日乘子,在當前這組乘子下的極值點(引數值)為(x0,y0,z0),若客觀上存在另一極值點(x1,y1,z1)滿足所有等式約束,並且使得l1更優於l0,那麼在已有的這組拉格朗日乘子下,仍有l1的引數偏導數全為0這一事實,但這個極值點必然在既有解中。
通常拉格朗日引數不為0,因為這樣相當於約束無效。
求解過程可以通過求解方程組本身解開,但這樣的點可能是極小,可能是極大,如上圖。
以下為不等式約束:
其拉格朗日函式為:
求解過程利用拉格朗日對偶性(確定原問題的下界)將 min max l 轉換為 max min l 的方式解開,對應原問題的極小值。這裡極值點不一定是 l 的極值,等式約束是 l 的極值。
最優解滿足以下條件(即kkt條件),這也是充要條件:
min max l 轉換為 max min l,求得的值滿足kkt,理解上從等式約束出發,考慮從客觀事實上,解存在於全部不等式約束內部、全部不等式約束邊界、或者部分不等式約束邊界,部分不等式約束內部三種情況,對於(3)(6),若在內部,則人為至該不等式拉格朗日乘子為0,不等式約束無效,若在邊界上,退化為等式約束,因為原函式(極小化)的梯度和約束函式的梯度是反的,所以(3)必為正。
拉格朗日乘子為0的情況需要列舉比較。
總之,三種情況都有kkt成立。
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