• 最优化二次规划


    二次规划的

    标准形式

    $$
    \mathop {min} \limits_{x}f\left( x \right) =\mathop {min} \limits_{x}\frac{1}{2}x^THx+c^Tx
    \\
    s.t.\begin{cases}
        Ax=b\\
        x\ge 0\\
    \end{cases}
    $$

    无约束形式

    可以直接求得解析解为$x=-H^{-1}c$。

    不等式约束形式(x>0)

    $$
    \mathop {min} \limits_{x}f\left( x \right) =\mathop {min} \limits_{x}\frac{1}{2}x^THx+c^Tx
    \\
    s.t.\begin{cases}
        Ax\le b\\
        x\ge 0\\
    \end{cases}
    $$
    转化为标准形式的方法:

    加入松弛变量:$Ax+Is=b,\,\,x,s \ge 0$
    $$
    \left[ \begin{matrix}
        A&        I\\
    \end{matrix} \right] \left[ \begin{array}{c}
        x\\
        s\\
    \end{array} \right] =b,\,\,\left[ \begin{array}{c}
        x\\
        s\\
    \end{array} \right] \ge 0

    $$

    不等式约束形式($x \in R^n$)

     $$\mathop {min} \limits_{x}f\left( x \right) =\mathop {min} \limits_{x}\frac{1}{2}x^THx+c^Tx
    \\
    s.t.\begin{cases}
        Ax\le b\\
        x\in \mathbb{R}^n\\
    \end{cases}$$

    转化为标准形式的方法:

    定义$Define\,\,x=x^+-x^-\,\,with\,\,x^+,x^-\ge 0$,可得$Ax^+ - x^- +ls = b$其中$x^+, x^-, s \geq 0$,

    转化为$$
    \left[ \begin{matrix}
        A&        -A&        I\\
    \end{matrix} \right] \left[ \begin{array}{c}
        x^+\\
        x^-\\
        s\\
    \end{array} \right] =b,\,\,\left[ \begin{array}{c}
        x^+\\
        x^-\\
        s\\
    \end{array} \right] \ge 0
    $$
    将二次规划看作有约束最优化问题

    形式为:

    $$f\left( x \right) =\frac{1}{2}x^THx+c^Tx
    \\
    s.t.\,\,\begin{cases}
        Ax-b=0\\
        -x\le 0\\
    \end{cases}$$

    其Kuhn-Tucker条件为:

    $$\begin{cases}
        Ax=b\text{(原始可行性)}\\
        x\ge 0\text{(原始可行性)}\\
        Hx+A^T\lambda -\mu =-c\text{(平稳性)}\\
        \mu ^Tx=0\text{(互补松弛性)}\\
        \mu \ge 0\text{(对偶可行性)}\\
    \end{cases}$$

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