拉格朗日对偶问题
 (2018-10-21 22:35:27)
	
			
					(2018-10-21 22:35:27)		| 标签: 拉格朗日kkt | 分类: 大数据处理 | 
			本文参考:
   
在优化理论中,目标函数f(x)会有多种形式:如果目标函数和约束条件都为变量x的线性函数,称该问题为线性规划;如果目标函数为二次函数,约束条件为线性函数,称该最优化问题为二次规划;如果目标函数或者约束条件均为非线性函数,称该最优化问题为非线性规划。每个线性规划问题都有一个与之对应的对偶问题,对偶问题有非常良好的性质:  
   
将含有n个变量和k个约束条件的约束优化问题转化为含有(n+k)个变量的无约束优化问题。拉格朗日问题的约束都是等号形式的。  
   
广义拉格朗日乘数法:不等式约束比等式约束更为常见,扩展了拉格朗日乘数法,增加了KKT条件之后可以用拉格朗日乘数法求解不等式约束的优化问题。  
   
KKT条件:满足一些有规则的条件下,一个非线性规划问题能有最优化解法的一个必要和充分条件。  
    给出不等式约束优化问题  

    因为满足约束条件的x会使得 ,因此第二项消掉了;而
,因此第二项消掉了;而 和
和 ,从而
,从而 ,所以最大值只能在它们都取零的时候得到,这个时候就只剩下f(x)了。反之如果有任意一个约束条件不满足,则只需令其相应的乘子趋于
,所以最大值只能在它们都取零的时候得到,这个时候就只剩下f(x)了。反之如果有任意一个约束条件不满足,则只需令其相应的乘子趋于 ,则会得到
,则会得到 ,这样将导致问题无解,因此必须满足约束条件。经过这样一转变,约束都融合到了一起而得到如下的无约束的优化目标:
,这样将导致问题无解,因此必须满足约束条件。经过这样一转变,约束都融合到了一起而得到如下的无约束的优化目标:  
 
   
对偶函数与原始问题的形式非常类似,只是把min和max交换了一下。  

    无论原始问题是什么形式,对偶问题总是一个凸优化的问题。即:拉格朗日对偶函数一定是凹函数,且其凹性与最优化函数和约束函数无关,具体证明见:https://blog.csdn.net/u014540876/article/details/79153913  
四、KKT条件
  
     是弱对偶性,而
是弱对偶性,而 是强对偶性。强对偶是一个非常好的性质,因为在强对偶成立的情况下,可以通过求解对偶问题来得到原始问题的解。其实只要满足一些条件,强对偶性是成立的,比如说KKT条件。
是强对偶性。强对偶是一个非常好的性质,因为在强对偶成立的情况下,可以通过求解对偶问题来得到原始问题的解。其实只要满足一些条件,强对偶性是成立的,比如说KKT条件。
    假设 分别是原始问题(并不一定是凸的)和对偶问题的最优解,且满足强对偶性,则相应的极值的关系满足:
分别是原始问题(并不一定是凸的)和对偶问题的最优解,且满足强对偶性,则相应的极值的关系满足:     
						
		
		
		
		
		1、https://www.cnblogs.com/ooon/p/5723725.html
2、https://blog.csdn.net/ytusdc/article/details/78904035
3、https://blog.csdn.net/blackyuanc/article/details/67640844
4、https://blog.csdn.net/xierhacker/article/details/72673207
一、目标函数形式
(1)对偶问题的对偶是原问题
(2)无论原始问题是否为凸的,对偶问题都是凸优化问题(这里说的是凸优化而非凸函数,事实上对偶函数都是凹函数)
(3)对偶问题可以给出原始问题一个下界
(4)当满足一定条件时,原始问题与对偶问题的解是完全等价的
举例说明(对偶的图像应该是错误的,因为对偶函数都是凹函数):
二、拉格朗日乘数法思想
三、原始问题与对偶问题

 ,因此第二项消掉了;而
,因此第二项消掉了;而 和
和 ,从而
,从而 ,所以最大值只能在它们都取零的时候得到,这个时候就只剩下f(x)了。反之如果有任意一个约束条件不满足,则只需令其相应的乘子趋于
,所以最大值只能在它们都取零的时候得到,这个时候就只剩下f(x)了。反之如果有任意一个约束条件不满足,则只需令其相应的乘子趋于 ,则会得到
,则会得到 ,这样将导致问题无解,因此必须满足约束条件。经过这样一转变,约束都融合到了一起而得到如下的无约束的优化目标:
,这样将导致问题无解,因此必须满足约束条件。经过这样一转变,约束都融合到了一起而得到如下的无约束的优化目标: 

四、KKT条件
 是弱对偶性,而
是弱对偶性,而 是强对偶性。强对偶是一个非常好的性质,因为在强对偶成立的情况下,可以通过求解对偶问题来得到原始问题的解。其实只要满足一些条件,强对偶性是成立的,比如说KKT条件。
是强对偶性。强对偶是一个非常好的性质,因为在强对偶成立的情况下,可以通过求解对偶问题来得到原始问题的解。其实只要满足一些条件,强对偶性是成立的,比如说KKT条件。 分别是原始问题(并不一定是凸的)和对偶问题的最优解,且满足强对偶性,则相应的极值的关系满足:
分别是原始问题(并不一定是凸的)和对偶问题的最优解,且满足强对偶性,则相应的极值的关系满足:由此可得到KKT条件:
							
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