理解与应用:凸优化

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"《凸优化》是斯蒂芬·博伊德(Stephen Boyd)和利文·范登伯格(Lieven Vandenberghe)合著的一本经典教材,被广泛用于教学,因其清晰的阐述而备受推崇。这本书深入探讨了凸优化理论及其应用。 在介绍部分,作者首先定义了数学优化的领域,包括最小二乘法和线性规划,并引出凸优化作为这两个领域的扩展。非线性优化则进一步拓展了这个话题。书中的大纲概述了整个课程的结构,包括主要概念和工具的介绍。此外,还提供了符号约定以便读者理解。 第一部分‘理论’深入研究了凸集的概念。2.1节介绍了仿射和凸集,强调了它们的基本性质。2.2节给出了几个重要的例子,帮助读者更好地理解这些集合。接着,2.3节讨论了保持凸性的运算,如集合的并、交和线性变换。2.4节引入了广义不等式,这是凸分析的关键工具。2.5节和2.6节分别讲述了分离超平面和支撑超平面,以及双锥和广义不等式的概念。 第二部分‘凸函数’详细探讨了凸函数的性质。3.1节给出了基本性质和示例,3.2节说明了保持凸性的函数操作,比如函数的加法和乘法。3.3节引入了共轭函数,它是凸优化中的一种重要工具。3.4节和3.5节分别讨论了拟凸函数和对数凹/凸函数,这些都是处理复杂优化问题时的有用工具。3.6节则讨论了关于广义不等式的凸性。 第三部分‘凸优化问题’将理论应用于实际问题。4.1节定义了优化问题的基本框架,4.2节明确了凸优化问题的特征。4.3节和4.4节分别专注于线性和二次优化问题,4.5节介绍了几何规划,这是一种特殊的凸优化形式。4.6节涵盖了带有广义不等式约束的问题,4.7节则涉及向量优化问题。 第四部分‘对偶性’是凸优化中的核心概念,5.1节介绍了拉格朗日对偶函数,5.2节提出了拉格朗日对偶问题。5.3节提供了几何解释,5.4节则通过鞍点解释进一步阐述对偶性。5.5节给出了最优性条件,5.6节涉及扰动和敏感性分析。5.7节给出了若干示例,5.8节讨论了替代定理,5.9节扩展到广义不等式的情况。 第二部分‘应用’则将理论应用于实际场景,例如近似和拟合问题,包括范数逼近和最小范数问题等。 本书不仅为学习者提供了全面的理论基础,也提供了丰富的实践案例,是理解和应用凸优化的宝贵资源。" 《凸优化》是数学优化领域的一部重要参考书籍,适合于对线性规划、非线性优化和凸分析感兴趣的学者和工程师。书中详细讲解了凸集、凸函数的性质,以及如何将这些理论应用于解决实际的优化问题,同时涵盖了对偶性理论,为理解和解决复杂优化问题提供了有力的工具。