斯坦福大学与加州洛杉矶分校合作:凸优化理论详解

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《凸优化》是一本由Stephen P. Boyd教授和Lieven Vandenberghe教授合作编写的经典教材,两位作者分别来自斯坦福大学电气工程系和洛杉矶加州大学电气工程系。该书由剑桥大学出版社出版,作为Cambridge University Press系列的一部分,涵盖了广泛的理论与应用内容,适用于数学、工程和计算机科学等领域的研究生和专业人士。 凸优化是一门研究如何在满足特定约束条件下求解最优化问题的数学分支,其核心特性是目标函数在整个定义域内是凸的。这意味着从任意一点向任意方向看去,目标函数的形状都是上升的,没有局部凹陷,这对于分析和设计有效的求解算法至关重要。这种凸性使得许多优化问题可以通过直观的几何方法或强大的数学工具来解决,如拉格朗日乘数法、Karush-Kuhn-Tucker条件(KKT条件)以及著名的单纯形法在线性规划中的应用。 书中详细探讨了以下关键知识点: 1. **凸集与凸函数**:介绍了什么是凸集和凸函数的基本概念,以及它们在优化问题中的意义,包括凸函数的性质,如凸包、切线定理等。 2. **凸优化基本理论**:涵盖了凸优化的基本概念,如凸优化问题的定义,以及凸优化问题的存在唯一解和全局最优解的证明。 3. **凸优化算法**:讲解了针对不同类型凸优化问题的算法,如梯度下降法、拟牛顿法、对偶方法、内点法等,并分析了它们的收敛性和效率。 4. **数值技巧和软件工具**:介绍了一些实用的数值技巧,如迭代终止条件、线性代数加速技术,以及与Matlab和CVX等工具的结合,使读者能够在实际问题中应用这些理论。 5. **应用示例**:书中包含了大量的实例,涉及控制理论、信号处理、机器学习、经济学、运筹学等多个领域,帮助读者理解凸优化的实际应用场景。 6. **现代发展与挑战**:对于近年来凸优化的最新发展,如非光滑优化、分枝定界法、半定编程等,也进行了讨论,揭示了未来的研究方向。 《凸优化》第七次印刷版本于2009年发布,包括了先前版本的修订和可能的错误更正,它不仅是一本深入的理论教材,也是实践者的重要参考书。通过阅读这本书,读者将掌握解决各种凸优化问题的关键技巧和方法,提升在工程和科研领域的竞争力。