凸集 凸函式 凸優化和凸二次規劃

2022-03-01 14:50:42 字數 2034 閱讀 6788

凸集:集合c內任意兩點間的線段均包含在集合c形成的區域內,則稱集合c為凸集**或參考:凸集、凸函式、凸優化和凸二次規劃

定義1:

凸函式影象的上方區域,一定是凸集。

定義2:

集合c內任意兩點間的線段均包含在集合c形成的區域內,則稱集合c為凸集。

凸集:

非凸集:

例如:

保持凸集凸性的運算:

(1)兩個凸集的和為凸集

若s1、s2均為凸集,則s3 = s1+s2 = 也為凸集

(2)兩個凸集的笛卡爾積為凸集

s1 x s2 =

(3)凸集的仿射變換仍為凸集。

若f是仿射變換,s為凸集,則f(s) = 為凸集。反之,若f是仿射變換,f(s)為凸集,則s為凸集。

仿射函式:

仿射函式是由1階多項式構成的函式,一般形式為 f (x) = a x + b,這裡,a 是乙個 m×k 矩陣,x 是乙個k向量, b 都是乙個 m 向量,實際上反映了一種從 k 維到 m 維的空間對映關係。

仿射變換:

從rn到rm的對映 x→ ax +b稱為仿射變換(affine transform)或仿射對映(affine map)。

定義1:

乙個函式影象的上方區域是凸集,則該函式是凸函式。

定義2:

若函式 f 的定義域domf為凸集,且滿足f(x + (1-θ)y) <= θf(x) + (1-θ)f(y),其中x, y ∈domf 且 0=< θ <= 1。

凸函式舉例:

保持凸函式凸性的運算:

(1)凸函式的非負加權和

若f i (x)是凸函式,wi是非負權重,則f(x) = w1f1(x)+…+wnfn(x)是凸函式。

(2)凸函式與仿射函式的復合

若f(x)是凸函式,g(t) = at + b是仿射函式,則f(g(x))是凸函式。

約束最優化問題:

若目標函式 f(w) 為凸函式,可行域為凸集(滿足不等式約束中gi(w)為凸函式,且等式約束中hj(w)為仿射函式時)則這種約束最優化問題稱為凸優化問題,凸優化問題的區域性最優解稱為全域性最優解。

約束優化問題:

二次規劃問題:

r,αi(i∈e∪i)為 n 維實向量, bi(i∈e∪i) 為實數,若目標函式f(x)為二次函式,g為對稱矩陣,不等式約束為仿射函式,則稱上述約束優化問題為二次規劃(quadratic programming)問題。

凸二次規劃問題:

若目標函式f(x)中的矩陣g是(正定) 半正定矩陣,則稱上述問題轉換為(嚴格)凸二次規劃問題(convex quadratic programming)。若g為半正定矩陣,可行域不為空,且目標函式f(x)在可行域有下界,則該凸二次規劃問題有全域性最小值。若g為正定矩陣,可行域不為空,且目標函式f(x)在可行域有下界,則該嚴格凸二次規劃問題有唯一全域性最小值。

hessian矩陣(黑塞矩陣):

黑塞矩陣/2248782?fr=aladdin

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