第六章 集合约束和无约束优化问题的基础知识

第六章 集合约束和无约束优化问题的基础知识

6.1 引言

本章讨论的如下形式的优化问题:
minimize \quad f(x)\\ subject \; to \; x \in \Omega
寻找能使目标函数f(x)最小的x取值,这些值是互相独立的,而在无约束优化中,对未知数x无限制。
局部极小点和全局极小点:

定义6.1

无非就是下图,不多说:
图6-1-1

6.2 局部极小点的条件

首先要回顾一个知识点:梯度。
梯度:梯度是一个响亮,表示某一函数在该点的方向导数沿着该方向取得最大值。事实上梯度就是一个切平面,它与当前点x的切向量正交。
如果函数f一阶可导,则梯度就是f一阶导数Df的转置。Df=[\frac{\partial f}{\partial x_1},\frac{\partial f}{\partial x_2},...\frac{\partial f}{\partial x_n}]。函数的二阶导数也被称为黑塞矩阵,可表示为:

黑塞矩阵

可行方向:极小点可能位于约束集的内部也可能在其边界上,因此引入可行方向来确定极小点的优化方向:
定义6.2

不难理解,方向就是一个标量,如果当前点加上这个标量(或者其倍数)仍然在约束集里,说明往这个方向走还能继续优化,这个标量就是可行的。
d的计算方法:
方向d的计算方法

极小点的满足以下条件:
定理6-1极小点的一阶必要条件

也就是说,极小点任意可行方向的增长率都是非负的。另有推论6-1
推论6.1

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