
中科大-凸优化 笔记(lec1)-综述、简介优化问题
发布日期:2021-05-07 00:53:25
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分类:技术文章
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全部笔记的汇总贴(视频也有传送门):
一、优化问题的一般形式
优化/数学规划(optimization/Mathematical Programming)
从一个可行解的集合中,寻找最优的元素。从数学上看,任意一个优化问题都可以写成这样的形式,
min x f 0 ( x ) s u b j e c t t o f i ( x ) ≤ b i , i = 1 , ⋯ , m x = [ x 1 , ⋯ , x n ] T 优 化 变 量 ( O p t i m i z a t i o n V a r i a b l e ) f 0 : R n → R 目 标 函 数 ( O b j e c t i v e F u n c t i o n ) f i : R n → R 不 等 式 约 束 ( I n e q u a l i t y C o n s t r a n t ) x ∗ 最 优 ( o p t i m a l ) ⟺ ∀ z , z ∈ { f i ( z ) ≤ b i , i = 1 , ⋯ , m } ( 可 行 解 集 f e a s i b l e s e t ) f 0 ( z ) ≥ f 0 ( x ∗ ) \min_x f_0(x)\\subject\;to\;f_i(x)\le b_i,i=1,\cdots,m\\x=[x_1,\cdots,x_n]^T\;\;优化变量(Optimization\;Variable)\\f_0:\R^n\rightarrow\R\;\;目标函数(Objective\;Function)\\f_i:\R^n\rightarrow\R\;\;不等式约束(Inequality\;Constrant)\\x^*\;最优(optimal)\Longleftrightarrow \forall z,z\in\{f_i(z)\le b_i,i=1,\cdots,m\}(可行解集\;feasible\;set)\;\;f_0(z)\ge f_0(x^*) xminf0(x)subjecttofi(x)≤bi,i=1,⋯,mx=[x1,⋯,xn]T优化变量(OptimizationVariable)f0:Rn→R目标函数(ObjectiveFunction)fi:Rn→R不等式约束(InequalityConstrant)x∗最优(optimal)⟺∀z,z∈{ fi(z)≤bi,i=1,⋯,m}(可行解集feasibleset)f0(z)≥f0(x∗)- 数据拟合问题
y = a x 2 + b x + c m i n i m i z e ε 1 2 + ε 2 2 + ⋯ + ε n 2 ε i = y i − ( a x i 2 + b x i + c ) , i = 1 , ⋯ , n y=ax^2+bx+c\\minimize\;\;\varepsilon^2_1+\varepsilon^2_2+\cdots+\varepsilon^2_n \\\varepsilon_i=y_i-(ax_i^2+bx_i+c),i=1,\cdots,n y=ax2+bx+cminimizeε12+ε22+⋯+εn2εi=yi−(axi2+bxi+c),i=1,⋯,n
(后面讲的都是专业不想关的例子,就直接跳过了…线性二次调节器、多用户能量控制问题、极大化网络流量、图像处理(TV范数)、超大规模集成电路设计)
- 最短路径问题
{ V , E } \{V,E\} { V,E} min ∑ ( i . j ) ∈ E w i j x i j s . t . x i j = 0 o r 1 ( 是 否 选 择 边 ( i , j ) ) ( x i j ≥ 0 ) ∑ j x i j − ∑ j x j i = ( 出 边 − 进 边 = ) { 1 i = s ( 源 结 点 ) − 1 i = d ( 目 标 结 点 ) 0 o t h e r w i s e \min\sum_{(i.j)\in E}w_{ij}x_{ij}\\s.t.\;\;x_{ij}=0\;or\;1(是否选择边(i,j))(x_{ij}\ge0)\\\sum_jx_{ij}-\sum_jx_{ji}=(出边-进边=)\left\{\begin{matrix}1\;\;i=s(源结点)\;\;\;\;\;\;\;\\-1\;\;i=d(目标结点)\\0\;\;otherwise\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; \end{matrix}\right. min(i.j)∈E∑wijxijs.t.xij=0or1(是否选择边(i,j))(xij≥0)j∑xij−j∑xji=(出边−进边=)⎩⎨⎧1i=s(源结点)−1i=d(目标结点)0otherwise
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