凸優化基礎

2021-10-05 08:38:30 字數 1815 閱讀 5665

1、計算幾何是研究什麼的?

計算幾何研究的物件是幾何圖形。早期人們對於影象的研究一般都是先建立座標系,把圖形轉換成函式,然後用插值和逼近的數學方法,特別是用樣條函式作為工具來分析圖形,取得了可喜的成功。然而,這些方法過多地依賴於座標系的選取,缺乏幾何不變性,特別是用來解決某些大撓度曲線及曲線的奇異點等問題時,有一定的侷限性。

2、計算幾何理論中(或凸集中)過兩點的一條直線的表示式,是如何描述的?與初中數學中那些直線方程有什麼差異?有什麼好處?

(1)假設兩個點不相同:x 1!=x2,那麼就有直線方程:y=θx1+(1−θ)x2

(2)假設有兩個點:a(x1,y1)、b(x2,y2)那麼這兩個點確定的直線方程我們假設如下:

ax+by+c=0

那麼其中a為:y2−y1其中b為:x2−x1最後可得出常數c的結果:c=−ax1−by 1=x2y1−x1y2

3、凸集是什麼? 直線是凸集嗎?是仿射集嗎?

(1)在凸幾何中,凸集(convex set)是在凸組合下閉合的仿射空間的子集。更具體地說,在歐氏空間中,凸集是對於集合內的每一對點,連線該對點的直線段上的每個點也在該集合內。

(2)不是凸集。

(3)仿射集亦稱仿射流形、線性流形、仿射簇,是實線性空間中的一類子集。非空間射集 m 的維數定義為上述子空間 l 的維數。空集的維數定義為-1。維數分別為0、1,以及2的仿射集為點、直線和平面。ℝn中n-1維點仿射集稱為超平面。

4、三維空間中的乙個平面,如何表達?

(1)三維空間中的平面主要通過建立公式模型來解答

(2)求解未知參量a、b、c、d的方法

5、更高維度的「超平面」,如何表達?

6、什麼是「凸函式」定義?什麼是hessian 矩陣? 如何判別乙個函式是凸函式?f(x)=x^3 函式是凸函式嗎?

(1)凸函式是數學函式的一類特徵。凸函式就是乙個定義在某個向量空間的凸子集c(區間)上的實值函式。凸函式是指一類定義在實線性空間上的函式。

(2)黑塞矩陣(hessian matrix),又譯作海森矩陣、海瑟矩陣、海塞矩陣等,是乙個多元函式的二階偏導數構成的方陣,描述了函式的區域性曲率。黑塞矩陣最早於19世紀由德國數學家ludwig otto hesse提出,並以其名字命名。黑塞矩陣常用於牛頓法解決優化問題,利用黑塞矩陣可判定多元函式的極值問題。在工程實際問題的優化設計中,所列的目標函式往往很複雜,為了使問題簡化,常常將目標函式在某點鄰域展開成泰勒多項式來逼近原函式,此時函式在某點泰勒展開式的矩陣形式中會涉及到黑塞矩陣。

(3)對於一元函式(f(x)),我們可以通過其二階導數(f』』(x)) 的符號來判斷。如果函式的二階導數總是非負,即(f』』(x) \geq 0) ,則(f(x))是凸函式。對於多元函式(f(x)),我們可以通過其hessian矩陣(hessian矩陣是由多元函式的二階導數組成的方陣)的正定性來判斷。如果hessian矩陣是半正定矩陣,則是(f(x))凸函式

(4)不是

7、什麼是「凸規劃」?

若最優化問題的目標函式為凸函式,不等式約束函式也為凸函式,等式約束函式是仿射的,則稱該最優化問題為凸規劃。凸規劃的可行域為凸集,因而凸規劃的區域性最優解就是它的全域性最優解。當凸規劃的目標函式為嚴格凸函式時,若存在最優解,則這個最優解一定是唯一的最優解。

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