算法优化(1):基础知识-凸集,单峰函数,拟凸函数与凸函数,函数凹凸性定义

article/2025/9/20 4:03:03

本文笔记介绍我最近学习的算法优化的基础知识,有:

  • 最优化问题的一般形式
  • 约束问题的分类及形式
  • 优化问题的分类
  • 单峰函数(Unimodal function)的定义
  • 拟凸函数(Quasiconvex function)的定义
  • 凸集(convex set)与凸函数(convex function)的定义
  • 函数凹凸性的定义(注意和凹凸函数的定义区别,下篇文章会讲二者区别)

(1)最优化问题的一般形式是
最优化问题的一般形式

注:x是优化过程中的最优变量;f(x)【目标函数】是标量;h(x)=0代表等式约束;g(x)<=0代表不等式约束

(2)约束问题可以分为两类:无约束优化和约束优化,二者形式如下
约束分类
注:目标函数f(x)与约束h(x)或g(x)均为线性函数时,问题为线性规划;目标函数f(x)与约束h(x)或g(x)至少有一个是变量x的非线性函数时,问题为非线性规划。

(3)一般情况下maximization问题是可以和minimization问题相互转化的【取负数即可,x*代表最优变量】
问题转化
(4)优化问题的分类主要有四类:线性规划,二次规划,凸优化,非线性规划
优化问题分类

(5)凸集定义【这是我的手写笔记可能。。。稍微模糊了一点】
凸集定义
(6)单峰函数(Unimodal function)
先来看看老师给的定义
单峰函数
我翻译一下,它的意思其实就是:
我的笔记单峰函数
就是指一个函数如果在某个区间内有一个局部最大值,那么它就是在那个区间上的单峰函数,要注意是在某个区间上定义的喔!

(7)拟凸函数(Quasiconvex function)定义
拟凸
如果没看懂英文的话,看我下面的笔记:
例题里面只有2图不是拟凸函数
拟凸函数

(8)凸函数(convex function)定义
凸函数定义
凸函数绘图
下面的笔记,是我参考的袁亚湘老师的《最优化理论》里面凸函数的定义
笔记凸函数
所以说从上面可以看出来,我们凸函数的图形总是位于相应弦的下方的。

(9)函数的凹凸性
这是我考研的时候复习,当时复习到了函数的凹凸性(图像),要注意函数的凹凸性和凹凸函数的定义是不一样的喔,别弄混了!
函数凹凸性
有一点很奇怪的是,中国关于凹凸函数的定义和国外是相反的,下篇文章我详解一下这其中的奥妙,千万不要弄混了!


http://chatgpt.dhexx.cn/article/WNHZXMI7.shtml

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