凸优化学习笔记5(中科大)对偶

5 对偶

sup 的定义:一个集合最小的上界
inf 的定义:一个集合最大的下界

5.1 Lagrange对偶函数

5.1.1 Lagrange函数

注:问题(5.1)不一定是凸问题。
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5.1.2 Lagrange对偶函数

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  对偶函数一定是凹函数;

5.1.3 最优值的下界

在这里插入图片描述

5.1.4 通过线性逼近来理解

5.1.5 例子

(1)线性方程组的最小二乘解
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(2)标准形式的线性规划
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(3)双向划分问题
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5.1.6 Lagrange对偶函数和共轭函数

在这里插入图片描述
(1)考虑如下问题:
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  所以,对偶函数为(-v)的共轭函数的相反数。

(2)
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5.2 Lagrange对偶问题

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性质:
(1)d* <= p*
(2)称lamda*, v*为最优拉格朗日乘子
(3)Lagrange对偶问题是凸优化问题

5.2.1显式表达对偶约束

(1)标准形式线性规划的Lagrange对偶
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(2)不等式形式线性规划的Lagrange对偶
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5.2.2 弱对偶性

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5.2.3 强对偶性和Slater准则

(1)强对偶性
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(2)相对内部(relint D)定义
  relint D = {x属于D | B(x,r)(x为圆心r为半径的弧) 交aff D(D的仿射包) 是D的子集,存在r>0}

(3)Slater条件(只是充分条件)
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5.2.4 例子

(1)线性方程组的最小二乘解
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(2)二次约束二次规划的Lagrange对偶
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5.3 几何解释

5.3.1 通过函数值集合理解强弱对偶性

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5.3.2 在约束准则下强对偶性成立的证明

5.4 鞍点解释

5.4.1 强弱对偶性的极大极小描述

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5.4.2 鞍点解释

  满足
在这里插入图片描述
的x*、lamda*叫做鞍点。
在这里插入图片描述

5.4.3 多目标解释

5.4.4 经济学解释

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5.5 最优性条件

5.5.1 次优解认证和终止准则

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5.5.2 互补松弛性

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5.5.3 KKT最优性条件

在这里插入图片描述
(1)非凸问题:KKT条件为必要条件
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(2)凸问题:
在这里插入图片描述
(3)例子
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5.6 扰动及灵敏度分析

在这里插入图片描述

5.6.1 扰动的问题

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5.6.2 一个全局不等式

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5.6.3 局部灵敏度分析

在这里插入图片描述
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5.7 例子

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5.7.1 引入新的变量以及相应的等式约束

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5.7.2 变换目标函数

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5.7.3 隐式约束

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习题

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