最優化理論(二)拉格朗日乘子法

2021-10-10 10:26:37 字數 1059 閱讀 1770

引入: 優化問題通常是指對於給定的某一函式,求其在指定作用域上的全域性最小值(因為最小值與最大值可以很容易轉化,即最大值問題可以轉化成最小值問題)

這是最簡單的情況,解決方法通常是函式對變數求導,令求導函式等於0的點可能是極值點。將結果帶回原函式進行驗證即可。

這種方法可以將乙個有n個變數與k個約束條件的最優化問題轉換為乙個解有n + k個變數的方程組的解的問題。這種方法中引入了乙個或一組新的未知數,即拉格朗日乘數,又稱拉格朗日乘子,或拉氏乘子,它們是在轉換後的方程,即約束方程中作為梯度(gradient)的線性組合中各個向量的係數。

注:上面的拉格朗日乘子的-或+沒有關係;並且拉格朗日乘數法所得的極點會包含原問題的所有極值點,但並不保證每個極值點都是原問題的極值點。

注:綠線標出的是約束g(x,y) = c的點的軌跡。藍線是f的等高線。箭頭表示梯度,和等高線的法線平行。

從上面的圖出發:

注:其實就是約束和方程在某一點相切,此時兩者的梯度方向是平行的,相向或者是反向,求出引數,然後帶到原方程即可,這裡為什麼此時的梯度就是原函式的梯度!!

見下面的證明

注:這裡主要利用了全微分的概念,全微分理解見:

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