凸最佳化

凸最佳化,或叫做凸最最佳化,凸最小化,是數學最最佳化的一個子領域,研究定義於凸集中的凸函式最小化的問題。

簡介

凸最佳化,或叫做 凸最最佳化凸最小化,是數學最最佳化的一個子領域,研究定義於凸集中的凸函式最小化的問題。凸最佳化在某種意義上說較一般情形的數學最最佳化問題要簡單,譬如在凸最佳化中局部最優值必定是全局最優值。凸函式的凸性使得凸分析中的有力工具在最最佳化問題中得以套用,如次導數等。

凸最佳化套用於很多學科領域,諸如自動控制系統,信號處理,通訊和網路,電子電路設計,數據分析和建模,統計學(最最佳化設計),以及金融。在近來運算能力提高和最最佳化理論發展的背景下,一般的凸最佳化已經接近簡單的線性規劃一樣直捷易行。許多最最佳化問題都可以轉化成凸最佳化(凸最小化)問題,例如求凹函式 f最大值的問題就等同於求凸函式 - f最小值的問題。

凸函式

凸最佳化 凸最佳化
凸最佳化 凸最佳化

凸函式是一個定義在某個向量空間的凸子集C(區間)上的實值函式f,如果在其定義域C上的任意兩點,以及,有

凸最佳化 凸最佳化

也就是說,一個函式是凸的若且唯若其上境圖(在函式圖像上方的點集)為一個凸集。

凸最佳化 凸最佳化

如果對於任意的有

凸最佳化 凸最佳化

函式f是 嚴格凸的。

凸最佳化 凸最佳化
凸最佳化 凸最佳化

若對於任意的,其中,都有

凸最佳化 凸最佳化

則稱函式f是 幾乎凸的。

舉例

以下問題都是凸最佳化問題,或可以通過改變變數而轉化為凸最佳化問題:

•最小二乘

•線性規劃

•線性約束的二次規劃

•半正定規劃

方法

凸最佳化(凸最小化)問題可以用以下幾種方法求解:

•捆集法

•次梯度法

•內點法

凸最大化

通常凸最佳化的定義要求目標函式 f在可行域內被最小化,而在某些的線性規劃問題中也會研究最大化。

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