对于任意x, y
∈
\in
∈ C 且任意参数,
α
∈
\alpha \in
α∈[0, 1],有
α
x
+
(
1
−
α
)
y
∈
C
\alpha x+(1-\alpha)y \in C
αx+(1−α)y∈C,则为凸集。示意图如下: *
两个凸集的交集也是凸集
convex function 凸函数
函数定义域为凸集,对于定义域任意x、y,函数满足
f
(
θ
x
+
(
1
−
θ
)
y
)
<
=
θ
f
(
x
)
+
(
1
−
θ
)
f
(
y
)
f(\theta x+(1-\theta)y)<= \theta f(x)+(1-\theta)f(y)
f(θx+(1−θ)y)<=θf(x)+(1−θ)f(y) 如下
凸优化的应用
利用凸优化解决线性规划问题
思路流程:
确定变量
确定目标
寻找限制条件
判断目标类型
寻找设计方法
凸优化最基本形式:
minimize
f
0
(
x
)
f_0 (x)
f0(x)
subject to
f
i
(
x
)
<
=
0
,
i
=
1
,
.
.
.
,
m
f_i(x)<=0, i=1, ..., m
fi(x)<=0,i=1,...,m
subject to
h
i
(
x
)
=
0
,
i
=
1
,
.
.
.
,
p
h_i(x)=0, i=1, ... , p
hi(x)=0,i=1,...,p
其中f(x)为凸函数
对偶问题(duality)
对于一般的优化问题,f(x)为非凸函数,基本形式与凸优化一致
通过对偶转化可以将一般优化问题转化为凸优化问题
根据拉格朗日方法,转化为拉格朗日函数为:
L
(
x
,
α
,
β
)
=
f
(
x
)
+
∑
i
α
i
g
i
(
x
)
+
∑
i
β
i
h
i
(
x
)
L(x, \alpha, \beta)=f(x)+\sum_i \alpha_i g_i(x)+\sum_i \beta_i h_i(x)
L(x,α,β)=f(x)+∑iαigi(x)+∑iβihi(x)
m
i
n
w
,
b
1
2
∣
∣
W
∣
∣
2
min_{w,b} \frac{1}{2}||W||^2
minw,b21∣∣W∣∣2 subject to
y
i
(
W
T
x
i
+
b
)
>
=
1
,
i
=
1
,
.
.
.
,
n
y^i(W^Tx^i+b)>=1, i=1,...,n
yi(WTxi+b)>=1,i=1,...,n
约束条件为
g
i
(
w
)
=
−
y
i
(
W
T
x
i
+
b
)
+
1
<
=
0
g_i(w)=-y^i(W^Tx^i+b)+1<=0
gi(w)=−yi(WTxi+b)+1<=0
进行拉格朗日转化为:
L
(
w
,
α
,
β
)
=
1
2
∣
∣
W
∣
∣
2
−
∑
i
n
α
i
[
y
i
(
W
T
x
i
+
b
)
−
1
]
L(w,\alpha,\beta)=\frac{1}{2}||W||^2-\sum_i^n \alpha_i[y^i(W^Tx^i+b)-1]
L(w,α,β)=21∣∣W∣∣2−∑inαi[yi(WTxi+b)−1]