对偶
原问题的最优解(最小解) p ∗ p^* p∗一定是大于等于其对偶问题的最优解(最大值) d ∗ d^* d∗的:
p ∗ > = d ∗ p^*>=d^* p∗>=d∗
这是对偶问题最重要的一条性质
弱对偶
满足 p ∗ > = d ∗ p^*>=d^* p∗>=d∗,这就是弱对偶性,无论原函数是不是凸的,只要有解就一定满足前述不等式,也就是说一定都是弱对偶的。
强对偶
如果一个问题 p ∗ = d ∗ p^*=d^* p∗=d∗,那原问题和对偶问题就是强对偶的。也就是最优对偶间隙 p ∗ − d ∗ p^*-d^* p∗−d∗为0;()
相对内部
数学家总是把很简单的问题复杂化。其实你了解含义之后再读公式就不复杂了,两个公式唯一区别就是不等号是严格成立还是非严格,也就是说相对可行内点集就是去掉边界的可行集。(“相对内部”这个概念还有另一种牵涉到仿射包和圆的解释,就不介绍了)
强对偶一般情况下都是成立的,不过作为数学推导,你还是需要用斯莱特条件去验证一下
我们最想要的一定是强对偶情况,因为这样我们就可以把原问题最优解改为求对偶问题的最优解。所以最重要的问题就变成了什么问题是强对偶问题???
slater条件or约束:
要使用Slater条件的先决条件是原问题必须是凸问题(凸的目标函数和不等式约束+仿射的等式约束),然后,Slater条件如下:
- 满足等式约束
- 满足不等式约束但除去等号(注意:这里是把约束增强了)
也就是 x ∈ r e l i n t ( D ) x\in relint(D) x∈relint(D),
有些问题反过来想可能比较容易想出来,什么是不满足slater条件的凸问题?就是凸问题如果把它不等式约束换成绝对不等式,定义域就是空集了
满足Slater条件的凸问题==>强对偶成立,该问题对偶问题最优解等于原问题最优解。
看到一个新的定义、定理,我们来反思一下它是什么意思,
看着好像很复杂,但其实很容易对吧,其实就是给不等式条件剥了层皮!
注意等号是单向的,反过来未必成立。也就是一般问题、非凸问题也可能是强对偶问题,凸问题,不满足这些条件也可能强对偶成立。
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上面的暂且称为严格的Slater条件,因为对不等式的要求是严格成立,下面介绍改进的,也是放宽松的Slater约束:
我还是喜欢用文字描述,否则跟数学书没区别了。
不等式约束中有些是仿射函数,这些仿射函数我们就不要求它严格遵守不等式了,他们的不等式被允许带等号。这就成为了宽松的Slater条件。**也就是Slater条件主要约束了不等式约束中非仿射/线性的那部分约束。**当问题只有线性/仿射不等式约束那Slater约束对这个问题就没意义了。
例子
书里介绍两个例子,证明过程看着都十分十分痛苦。直接给结论:
原问题是:
- 线性规划:无论是标准形式还是不等式形式,只要原问题可行,强对偶一定成立,所以遇到线性规划不容易求我们求其对偶问题也可以。‘
- QCQP 问题:即二次约束二次 规划问题,当二次约束严格成立时,强对偶成立。
几何解释
经济学解释
原问题的解释
m i n i m i z e f 0 ( x ) minimize f_0(x) minimizef0(x