《最優化理論與算法》最優化條件部分學習感悟

最優化學到了最優化條件部分,由於自己的數學功底實在是太差,啃得很慢。今天下午終於對“約束極值問題的最優性條件”部分有了相對宏觀的視角,所以記錄下來以備後用。
 

【必要條件】:如果已經知道了是最優解,那麼它一定滿足的條件。最優化中通常都是:”若x是局部最優解…”,這樣說的都是必要條件。

【充分條件】:找一些條件,滿足這些條件之後,此解就是最優的。最優化中通常都是先研究局部最小值的必要條件,之後加一個凸函數特性,將局部小必要條件轉化爲全局小充分條件。

一般約束問題之所以一般,是因爲同時引入了g(m個不等式約束)和h(l個等式約束)兩種約束。需要注意要對x進行約束不等式考察,只有起作用的不等式下標纔會被歸入I(起作用約束下標集),所以以下分析中所有的g都是通過I索引得到的。

 

接下來依次按照教材順序進行闡述:

 

1.正則點:若g和h的梯度線性無關,則x是g和h的正則點。

最關鍵的還是線性無關。

 

       2.構建H子空間:x是正則點,x的切平面=H,H是方向d集和,這些d和h的梯度點積爲0,夾角爲90度。

 

       3.一般約束問題局部最優解必要條件(集和表示式):如果x是局部最優解,那麼F、G、H相交爲空集。三個集和分別是:f的下降方向、起作用約束的可行方向錐、等式約束切平面。

 

       4.一般約束問題局部最優解必要條件(Fritz John梯度合成式):不需要管h梯度是否線性相關。如果x是局部最優解,則可以對f、g、h進行全加權梯度合成。

       這個FJ必要條件有可能出現f梯度係數爲0的情況,需要進行更嚴格約束。

 

       5.一般約束問題局部最優解必要條件(K-T必要條件):必須要求g梯度和h梯度線性無關。如果x是局部最優解,則可以對f、g、h進行f歸一化梯度合成。(歸一化指的是f梯度的係數爲1)

       K-T條件還可以寫爲帶有互補鬆弛條件的等價形式(三行式):f歸一化梯度合成、不等式約束加權和爲0、不等式約束係數非負。

 

       6.Lagrange函數定義:直接由K-T條件得來,是廣義化的提煉。定義了f歸一化函數合成式L(x,w,v)。如果x是局部最優解,則存在w非負,v使得L梯度爲0(f歸一化梯度合成)。

 

       7.凸規化最優解的充分條件:首先要求f是凸函數,g是凹函數,h是線性函數。如果x滿足K-T必要條件(可以進行f歸一化梯度合成),則x是全局最優解。

 

 

 

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