几类凸函数的实例

本文探讨了多种类型的凸函数,包括指数函数e^(ax)、幂函数xa(a≥1)、幂的绝对值|x^p|(p≥1)、负对数函数-log(x)(x>0)、负熵xlog(x)(x>0)、R^n中的范数、极大函数、二次函数比线性函数、log-sum-exp函数和几何平均以及对数行列式。这些函数在数学和优化领域有着广泛的应用。

1. 指数函数 e ( a x ) e^{(ax)} e(ax), 其中 a a a 是常数, x x x 是变量。

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2.幂函数 x a , a ≥ 1 x^a, a\geq 1 xa,a1, x ≥ 0 x\geq 0 x0.

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3.幂的绝对值 ∣ x p ∣ , p ≥ 1 |x^p|, p\geq 1 xp,p1, 如 ∣ x ∣ |x| x.

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4.负对数函数 − l o g ( x ) , x > 0 -log(x), x>0 log(x),x>0.

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5. 负熵 x l o g ( x ) , x > 0 xlog(x),x>0 xlog(x),x>0.

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6. R n R^n Rn 中的范数。如2范数。

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7. 极大函数 f ( x ) = max ⁡ { x 1 , x 2 , … , x n } f(x)=\max\{x_1,x_2,\dots,x_n\} f(x)=max{x1,x2,,xn}. 二维为例:

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8. 二次函数比线性函数,如 x 2 / y , y > 0 x^2/y,y>0 x2/y,y>0.

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9. log-sum-exp函数 l o g ( e x 1 + e x 2 + ⋯ + e x n ) log(e^{x_1}+e^{x_2}+\cdots+e^{x_n}) log(ex1+ex2++exn).

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9. 几何平均 ( Π i n x i ) 1 / n (\Pi_i^nx_i)^{1/n} (Πinxi)1/n

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10. 对数行列式 log ⁡ det ⁡ ( A ) , A ⪰ 0 \log\det(A),A\succeq 0 logdet(A)A0. 其中矩阵 A A A是变量。无法画图。

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