볼록해석

Convex analysis
3차원 볼록 폴리토프. 볼록 분석은 유클리드 공간의 볼록 부분 집합 연구뿐만 아니라 추상적인 공간에 대한 볼록함수의 연구도 포함한다.

볼록 분석볼록함수볼록 집합의 특성 연구에 전념하는 수학의 분기로, 종종 최적화 이론의 하위 영역인 볼록 최소화에 응용된다.

볼록 세트

일부 벡터 X 부분 집합 \ (가) 다음과 같은 동등한 조건 중 하나를 충족하면 볼록스라고 한다.

  1. r(가) 이고 x,yand C C인 경우 x + ( 1 -)
  2. < < 1 실제이고 , y, x y +( - r) C.
  3. + s) C= + 모든 양의 > > . {\displaysty s >0[2]

볼록함수

간격에 볼록함수.

Throughout, will be a map valued in the extended real numbers with a domain that is a convex subset of some v엑터 스페이스 : X[ -, 는 다음과 같은 경우 볼록함수다.

(공백성 ≤)

불평등(Convexity ≤)이 엄격한 불평등으로 대체될 때 {\이() 계속 유지되는 경우 f f대해 real < 의 x, y

(공백성 <)

에 f 엄격히 볼록스라고 불린다.[1]

볼록함수는 볼록 집합과 관련이 있다. 구체적으로, 함수는 비문인 경우에만 볼록하다.

함수(검은색)는 그래프 위의 영역(녹색)인 비문이 볼록 집합인 경우에만 볼록하다.
이바리산 볼록함수 2+ x + . x

(Epigrap def.)

볼록 [3]세트야 확장된 실질 가치 함수의 비문은 실제 분석에서 실제 가치 함수의 그래프가 수행하는 역할과 유사한 볼록 분석의 역할을 한다. 구체적으로, 확장된 실제 가치 함수의 비문은 공식을 돕거나 추측을 증명하는 데 사용될 수 있는 기하학적 직관을 제공한다.

함수 : [ - , {\ ,\의 도메인은 [3]domain 되지만 유효 도메인은 설정됨

(dom f def.)

만약 dom f≠ ∅{\displaystyle \operatorname{dom}f\neq \varnothing}과 f())을 ⁡ 이 함수 f:X→[− ∞, ∞]{\displaystyle f:X\to[,\infty-\infty]} 적절한, 모두에게 −∞{\displaystyle f())>,-\infty})∈ 도메인 ⁡ f.{\displaystylex\in \operatorname{도메인}의 'caput'}또는[3], 이 것을 의미하기 위해서라고 불린다모자가 exists some in the domain of at which and is also never equal to In words, a function is proper if its domain is not empty, it never takes on the value and it also is not identically equal to If is a proper convex function then there exist some vector and some (와) 같은 경우

( ) -r x{\

여기서 은 이러한 벡터의 도트 곱을 나타낸다.

볼록 결합

The convex conjugate of an extended real-valued function (not necessarily convex) is the function from the (continuous) dual space of [4] X

여기서 괄호 ⋅, \, \, \left 표준 이중성 ∗, z : 을 나타낸다 비콘주게이트는 지도 = ) : [ -, f이다.( ) z - ( f for every If denotes the set of -valued functions on then the map defined by is called the Legendre-Fenchel transform.

하위차등 집합과 펜첼-영 불평등

: [ - , x X인 경우, 하위 차등 집합은 다음과 같다.

예를 들어 {\에서 = {\\ \cdot \ 이(가) 표준인 중요한 특수 사례에서 x x이면 이 정의가 다음과 같이 줄어든다는 것을[proof 1] 알 수 있다.

and

For any and which is called the Fenchel-Young inequality. This inequality is an equality (i.e. ) if and only if 하위 차동 집합 ( x) 이(가) 볼록 f ( ). 와 직접 관련되는 것은 이와 같은 방식이다

비콘쥬게이트

함수 : [ - , [\비콘주게이트는 일반적으로 : X[ - .]로 표기된다 비콘쥬게이트는 ( 섭동 기능을 통해) 강하거나 약한 이중성이 유지되는 때를 보여주는 데 유용하다.

x , x\ X 경우, 불평등 f– ()f () f는 Fenchel에서 온다.젊은 불평등. 적절한 기능을 위해 Fenchel-Moreau 정리에 의해 f(가)[4][5] 볼록하고 하부 반연속경우에만 =

볼록스 최소화

볼록 최소화(기본) 문제는 형태 중 하나이다.

f :[ - , 볼록 부분 X

이중 문제

최적화 이론에서, 이중성 원리는 최적화 문제는 원시적 문제 또는 이중적 문제라는 두 가지 관점 중 하나에서 볼 수 있다고 말한다.

일반적으로 로컬 볼록한 공간, X ) {\( ,Y ) .)로 구분된 두 이중 쌍주어진다 f:X →[- , , {\ f\to 기능을 감안할 때, 원시적인 문제는 다음과 같은x {\ x 것으로 정의할 수 있다.

제약 조건이 있는 경우 = + I a n f 에 f = f을(를) 내장할 수 있다. 여기서 (는) 지시 함수다. 그런 다음 : Y[ - , Y\을(를) F()= () .)와 같은 섭동함수가 되게 한다[6]

선택된 섭동 기능에 관한 이중 문제는 다음과 같다.

여기서 의 두 변수에 있는 볼록 결합이다

이중성격차는 불평등의[7][6][8] 좌우의 차이다.

이 원리는 약한 이중성과 같다. 쌍방이 대등하면 문제는 강한 이중성을 만족시킨다고 한다.

다음과 같이 강한 이중성을 보유할 수 있는 여러 조건이 있다.

라그랑주 이중성

불평등 구속조건에 따른 볼록 최소화 문제의 경우,

( ) g =,…, . {\ 0을 받는다

라그랑의 이중 문제는

x (x , ){\}\ 대한 = 의 적용을 받는다.

여기서 목적함수 ,) L 다음과 같이 정의된 라그랑주 이중함수다.

참고 항목

메모들

  1. ^ a b Rockafellar, R. Tyrrell (1997) [1970]. Convex Analysis. Princeton, NJ: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-01586-6.
  2. ^ 루딘 1991, 페이지 38.
  3. ^ a b c Rockafellar & Wets 2009, 페이지 1–28.
  4. ^ a b Zălinespu 2002, 페이지 75–79. 대상
  5. ^ Borwein, Jonathan; Lewis, Adrian (2006). Convex Analysis and Nonlinear Optimization: Theory and Examples (2 ed.). Springer. pp. 76–77. ISBN 978-0-387-29570-1.
  6. ^ a b Boţ, Radu Ioan; Wanka, Gert; Grad, Sorin-Mihai (2009). Duality in Vector Optimization. Springer. ISBN 978-3-642-02885-4.
  7. ^ Zălinespu 2002, 페이지 106–113. 오류:
  8. ^ Csetnek, Ernö Robert (2010). Overcoming the failure of the classical generalized interior-point regularity conditions in convex optimization. Applications of the duality theory to enlargements of maximal monotone operators. Logos Verlag Berlin GmbH. ISBN 978-3-8325-2503-3.
  9. ^ Borwein, Jonathan; Lewis, Adrian (2006). Convex Analysis and Nonlinear Optimization: Theory and Examples (2 ed.). Springer. ISBN 978-0-387-29570-1.
  10. ^ Boyd, Stephen; Vandenberghe, Lieven (2004). Convex Optimization (pdf). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-83378-3. Retrieved October 3, 2011.
  1. ^ ={ 인 경우 결론은 즉시 내려지므로 다른 경우를 가정하십시오. Fix Replacing with the norm gives If and is real then using gives where in particular, taking gives while taking gives and thus ; moreover, if in addition then because it follows from the definition of the dual norm that Because which is equivalent to it follows that x 1 1 1{\를) 의미하는 implies (x ). {\ x \). 이러한 사실로부터 이제 결론에 도달할 수 있다.

참조

외부 링크