凸优化学习笔记2(中科大)凸集

2 凸集

2.1 仿射集合和凸集

2.1.1 直线与线段

(1)直线
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(2)线段
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theta在[0,1]区间。

2.1.2 仿射集合 affine set

(1)定义:一个集合C是仿射集,若任意x1,x2属于C,则连接x1与x2的直线也在集合内。
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  直线是仿射集;线段不是仿射集。
  仿射组合
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  所以,一个仿射集包含其中任意点的仿射组合。
(2)性质(与仿射集相关联的子空间):
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注:这个子空间一定经过原点。
线性方程组AX=b的解集是仿射集;AY=0的解集(又称A的零空间)是与它相关联的子空间。 任意一个仿射集也能写成线性方程组解集的形式。

(3)任意集合C(仿射or非仿射),构造尽可能小的仿射集:集合C的 仿射包 aff C
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2.1.3 仿射维数与相对内部

2.1.4 凸集 convex set

(1)定义
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 与仿射集区别:仿射集中theta属于R,任意两点间的直线。
 仿射集一定是凸集。
  凸组合
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同样,凸集包含其中任意元素的凸组合。

(2)凸包:包含C的最小的凸集
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2.1.5 锥 cone 凸锥 convex cone

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  注:凸锥经过原点。
锥组合 凸锥组合
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(2)凸锥包
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小结:
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2.2 重要的例子

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2.2.1 超平面与半空间

(1)超平面(hyperplant)
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 超平面是仿射集,是凸集。
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(2)半空间(half space)
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2.2.2 Euclid球和椭球

(1)球
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 球是凸集。
(2)椭球
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2.2.3 范数球和范数锥

2.2.4 多面体(poly hedron)

(1)多面体
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 注:非负象限是多面体锥。

(2)单纯形(simplex)
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2.2.5 半正定锥

(1)对称矩阵集合
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对称正定集合是凸集,但对称正定集合不是凸锥。

2.3 保凸运算

由凸集构造凸集。

2.3.1 交集

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 注:并集不保凸。
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2.3.2 仿射函数

(1)仿射函数定义:
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(2)仿射函数的保凸性:
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 例1:伸缩、平移、投影
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 例2:两凸集的是凸的。
  证明:
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 例3:部分和也保持凸性。
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2.3.3 线性分式及透视函数

(1)透视函数定义
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(2)透视函数保凸性
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(3)线性分式函数定义
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(4)线性分式函数是保凸的。
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2.4 广义不等式

2.5 分离与支撑超平面

2.6 对偶锥与广义不等式

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