Điều kiện tối ưu và đối ngẫu trong tối ưu không trơn và các vấn đề liên quan
Luận án: Điều kiện tối ưu và đối ngẫu trong tối ưu không trơn và các vấn đề liên quan. Xem tóm tắt và tải về tại LuanAn.net
University of Science, Vietnam National University Ho Chi Minh City
Luan An
PhD THESIS
Năm xuất bản
Số trang
128
Thời gian đọc
20 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Điều kiện tối ưu trong tối ưu hóa không trơn (51 ký tự)
- Số trang:
- 128 trang
- Trường:
- University of Science, Vietnam National University Ho Chi Minh City
- Chuyên ngành:
- Mathematics
- Tác giả:
- Nguyen Minh Tung
- Năm:
- 2015
Tóm tắt nội dung luận án
I. Điều kiện tối ưu trong tối ưu hóa không trơn 51 ký tự
Tối ưu hóa không trơn là lĩnh vực quan trọng. Nó giải quyết các bài toán có hàm mục tiêu hoặc hàm ràng buộc không khả vi. Điều này xuất hiện nhiều trong kinh tế, kỹ thuật, học máy. Việc tìm kiếm điểm tối ưu đòi hỏi các công cụ giải tích mới. Giải tích không trơn cung cấp nền tảng lý thuyết cần thiết. Nó mở rộng khái niệm đạo hàm truyền thống. Các điều kiện tối ưu là then chốt. Chúng giúp xác định các điểm cực tiểu hoặc cực đại tiềm năng. Nghiên cứu này tập trung vào các điều kiện cần và đủ. Chúng áp dụng cho các bài toán tối ưu phức tạp. Hiểu rõ các điều kiện này giúp phát triển thuật toán hiệu quả.
1.1. Khái niệm cơ bản giải tích không trơn
Giải tích không trơn nghiên cứu các hàm không khả vi. Nó phát triển các công cụ như đạo hàm dưới. Các khái niệm về tập tiếp tuyến, tập pháp tuyến cũng quan trọng. Chúng mô tả hành vi của hàm tại các điểm không trơn. Nền tảng này là thiết yếu. Nó giúp xử lý các bài toán tối ưu với hàm Lipschitz. Các hàm này xuất hiện phổ biến trong thực tế. Giải tích không trơn cung cấp sự chặt chẽ toán học.
1.2. Điều kiện tối ưu bậc một
Điều kiện tối ưu bậc một là yêu cầu cơ bản. Chúng liên quan đến đạo hàm dưới. Đối với một điểm cực tiểu, đạo hàm dưới phải chứa không. Điều kiện KKT không trơn mở rộng khái niệm KKT cổ điển. Nó áp dụng cho các bài toán có ràng buộc. Việc thiết lập các điều kiện này rất quan trọng. Chúng cung cấp các tiêu chí kiểm tra điểm tối ưu.
1.3. Điều kiện tối ưu bậc hai
Khi điều kiện bậc một không đủ, điều kiện bậc hai được sử dụng. Chúng cung cấp thông tin sâu hơn về tính chất địa phương của điểm tối ưu. Điều này đặc biệt quan trọng cho các bài toán suy biến. Các khái niệm như đạo hàm dưới bậc hai được sử dụng. Chúng giúp phân biệt giữa điểm cực tiểu và điểm yên ngựa. Điều kiện này nâng cao độ chính xác của phân tích.
II. Phân tích đối ngẫu trong bài toán tối ưu không trơn 56 ký tự
Lý thuyết đối ngẫu là công cụ mạnh mẽ trong tối ưu hóa. Nó cung cấp một cách tiếp cận khác cho bài toán gốc. Đối ngẫu giúp thiết lập cận dưới cho giá trị tối ưu. Nó cũng có vai trò quan trọng trong việc xây dựng thuật toán. Trong tối ưu không trơn, lý thuyết đối ngẫu được mở rộng. Các khái niệm đối ngẫu truyền thống được điều chỉnh. Điều này giúp xử lý tính không trơn của hàm số. Nghiên cứu tập trung vào các dạng đối ngẫu khác nhau. Chúng áp dụng cho các bài toán phức tạp. Hiểu biết về đối ngẫu giúp tối ưu hóa hiệu quả hơn.
2.1. Đối ngẫu Lagrange không trơn
Đối ngẫu Lagrange là nền tảng của lý thuyết đối ngẫu. Nó được mở rộng cho các bài toán không trơn. Hàm Lagrange được xây dựng. Bài toán đối ngẫu Lagrange được thiết lập. Khoảng cách đối ngẫu là sự khác biệt giữa giá trị tối ưu của bài toán gốc và bài toán đối ngẫu. Mục tiêu là thu hẹp khoảng cách này. Điều này đảm bảo tính hiệu quả của phương pháp.
2.2. Đối ngẫu Mond Weir và cân bằng vector
Đối ngẫu Mond-Weir là một dạng đối ngẫu khác. Nó thường được sử dụng trong tối ưu vector. Nó cung cấp các điều kiện đủ mạnh. Các định lý đối ngẫu mạnh và yếu được chứng minh. Chúng thiết lập mối quan hệ giữa bài toán gốc và bài toán đối ngẫu. Việc áp dụng đối ngẫu này giúp giải quyết các bài toán cân bằng vector. Các bài toán này có nhiều ứng dụng thực tiễn.
III. Tối ưu hóa đa giá trị điều kiện và ứng dụng 54 ký tự
Tối ưu hóa đa giá trị là một lĩnh vực chuyên biệt. Nó mở rộng khái niệm tối ưu hóa cổ điển. Thay vì một giá trị duy nhất, hàm mục tiêu trả về một tập hợp các giá trị. Điều này mô hình hóa các tình huống phức tạp. Ví dụ, quyết định trong môi trường không chắc chắn. Các bài toán này đòi hỏi các điều kiện tối ưu riêng biệt. Nghiên cứu này khám phá các điều kiện đó. Đặc biệt là khi có các ràng buộc tổng quát. Nó cung cấp khung lý thuyết để phân tích. Việc này giúp tìm kiếm các giải pháp hiệu quả. Các ứng dụng thực tế của tối ưu hóa đa giá trị rất đa dạng.
3.1. Tối ưu đa giá trị với ràng buộc
Tối ưu đa giá trị thường đi kèm với ràng buộc. Các ràng buộc này có thể là bất đẳng thức hoặc đẳng thức. Chúng có thể không trơn hoặc đa giá trị. Việc xử lý các ràng buộc này là thách thức. Cần các công cụ giải tích không trơn đặc biệt. Các khái niệm về tập tiếp tuyến và pháp tuyến được áp dụng. Điều này giúp định nghĩa các điều kiện tối ưu.
3.2. Điều kiện tối ưu KKT tổng quát
Điều kiện KKT không trơn được mở rộng. Nó áp dụng cho tối ưu hóa đa giá trị. Điều kiện Fritz John tổng quát cũng được xem xét. Chúng là các điều kiện cần cho tối ưu. Các điều kiện này tính đến tính chất đa giá trị. Chúng cũng bao gồm các ràng buộc phức tạp. Việc thiết lập các điều kiện này là một đóng góp quan trọng. Nó giúp phân tích các bài toán thực tế.
IV. Phương pháp giải quyết bài toán tối ưu không trơn 56 ký tự
Việc giải quyết các bài toán tối ưu không trơn đòi hỏi phương pháp đặc thù. Các phương pháp dựa trên đạo hàm truyền thống không áp dụng được. Do đó, cần phát triển các công cụ mới. Nghiên cứu này đi sâu vào các công cụ đó. Đặc biệt là các khai triển tổng quát. Chúng giúp xấp xỉ các hàm không trơn. Việc này mở đường cho việc xây dựng thuật toán. Các phương pháp này cung cấp thông tin cần thiết. Chúng giúp tìm kiếm hướng giảm tối ưu. Thuật toán đạo hàm dưới là một ví dụ. Nó là phương pháp phổ biến và hiệu quả. Các khái niệm tiên tiến được sử dụng. Chúng giúp đạt được độ chính xác cao.
4.1. Khái niệm đạo hàm dưới
Đạo hàm dưới là khái niệm cốt lõi của giải tích không trơn. Nó tổng quát hóa đạo hàm cho hàm không khả vi. Có nhiều loại đạo hàm dưới, như đạo hàm dưới Clarke, đạo hàm dưới Fréchet. Mỗi loại có tính chất riêng. Chúng cung cấp các hướng tăng hoặc giảm tiềm năng. Việc tính toán đạo hàm dưới là bước đầu tiên. Nó giúp định hình thuật toán tối ưu. Đây là công cụ không thể thiếu.
4.2. Khai triển tiệm cận bậc hai
Khai triển tiệm cận bậc hai cung cấp thông tin chi tiết. Nó mở rộng khái niệm đạo hàm dưới. Khai triển này đặc biệt hữu ích khi đạo hàm dưới bậc một không đủ. Nó giúp phân tích sâu hơn cấu trúc của hàm. Các khai triển này hỗ trợ việc phát triển các điều kiện tối ưu bậc hai. Chúng cũng là nền tảng cho các thuật toán bậc hai. Việc này cải thiện tốc độ hội tụ.
V. Điều kiện tối ưu tổng quát cho các bài toán phức tạp 58 ký tự
Ngoài các bài toán tối ưu truyền thống, có nhiều vấn đề phức tạp. Chúng bao gồm tối ưu vector và các bài toán cân bằng. Các bài toán này có nhiều ứng dụng trong kinh tế và khoa học. Việc nghiên cứu điều kiện tối ưu cho chúng rất quan trọng. Nó mở rộng phạm vi áp dụng của tối ưu hóa. Các điều kiện cần và đủ được thiết lập. Chúng áp dụng cho các lớp hàm rộng hơn. Các hàm lồi và hàm Lipschitz là ví dụ. Việc tổng quát hóa các điều kiện này là một thách thức. Nó đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về lý thuyết. Nghiên cứu này cung cấp các công cụ cần thiết.
5.1. Tối ưu vector và điều kiện cân bằng
Tối ưu vector là một loại bài toán đa mục tiêu. Không có một giải pháp tối ưu duy nhất. Thay vào đó, có các giải pháp Pareto hiệu quả. Các điều kiện cân bằng tổng quát cũng được xem xét. Chúng mô tả trạng thái ổn định của một hệ thống. Việc thiết lập các điều kiện tối ưu cho chúng rất cần thiết. Nó giúp phân tích và dự đoán hành vi.
5.2. Hàm lồi và hàm Lipschitz
Hàm lồi và hàm Lipschitz là các lớp hàm quan trọng. Chúng có những tính chất đặc biệt. Hàm lồi đảm bảo sự tồn tại của đạo hàm dưới. Hàm Lipschitz có giới hạn về tốc độ thay đổi. Các tính chất này rất hữu ích. Chúng giúp đơn giản hóa việc phân tích và giải quyết bài toán. Nhiều bài toán thực tế có thể được mô hình hóa bằng các hàm này. Chúng là nền tảng cho nhiều lý thuyết.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (128 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộVIETNAM NATIONAL UNIVERSITY - HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF SCIENCE NGUYEN MINH TUNG Optimality conditions and duality in nonsmooth optimization and related problems PhD THESIS IN MATHEMATICS Ho Chi Minh City - 2015 VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF SCIENCE NGUYEN MINH TUNG Optimality conditions and duality in nonsmooth optimization and related problems Major: Optimization Theory Code: 62 46 20 01 First examiner: Associate Prof. LAM QUOC ANH Second examiner: Dr. NGUYEN BA THI Third examiner: Associate Prof. NGUYEN NGOC HAI First independent examiner: Associate Prof.
DO VAN LUU Second independent examiner: Dr. LE THANH TUNG SCIENTIFIC SUPERVISOR: Prof. PHAN QUOC KHANH Ho Chi Minh City - 2015 Acknowledgements The completion of this doctoral dissertation would not have been possible without the support of several people. I would like to express my sincere gratitude to all of them.
First, I want to express my deepest gratitude to my supervisor, Professor Phan Quoc Khanh, for his valuable guidance, scholarly inputs, and consistent encouragement I received throughout the research work. From deciding on the research topic in the beginning to the process of actual writing of the thesis, he offered his unreserved help and guided through every step of my work. He provided me with inspiring and insightful guidance, without which this study would never have reached a successful completion. Second, I am very pleased to extend my thanks to the reviewers of this the- sis.
Their comments, remarks and questions have truly improved the quality of this manuscript. I would like to thank the professors who agreed to be on the jury judging my thesis defence. To my colleagues, I would like to express my thankfulness to Dr. Nguyen Dinh Tuan who extended his support in a very spe- cial way, and I benefited a lot from his personal and scholarly interactions, his suggestions at various points of my research program.
My thanks also go to the Faculty of Mathematics and Computer Science at the University of Science, Viet- nam National University Ho Chi Minh City for their support during the period of preparation of my thesis. Finally, I owe a lot to my parents, my brother, my older sister and my younger sister who support, encourage and help me at every stage of my personal and academic life, and long to see this achievement come true. They always make sure I am provided with a carefree environment where I can devote myself entirely to my study. I am really lucky to be a member of such a fantastic family.
i Contents Acknowledgements i List of Symbols and Notations iv Preface vi 1 Premilinaries 1 1.1 Some definitions in set-valued analysis .2 First-order and second-order tangent sets .3 Set-valued optimization problems. 5 2 Second-order optimality conditions with the envelope-like effect in set-valued optimization 8 2.2 Approximations as generalized derivatives .3 Necessary optimality conditions .4 Sufficient optimality conditions. 19 3 Second-order KKT optimality conditions with the envelope-like effect in some general set-valued optimization problems 30 3.2 Set-valued optimization problems with generalized inequality con- straints .1 Second-order necessary optimality conditions .2 Second-order sufficiency optimality conditions .3 Set-valued optimization problems with mixed constraints .1 Second-order necessary optimality conditions .2 Second-order sufficiency optimality conditions. 63 ii 4 Second-order asymptotic contingent epiderivatives and set-valued optimization problems 66 4.2 Second-order asymptotic contingent epiderivatives.
79 5 Optimality conditions and duality for nonsmooth vector equilib- rium problems with constraints 82 5.2 Mond-Weir duality .1 Constrained vector minimization .2 Cone saddle point problems. 103 Conclusions 105 Expected further works 107 List of the author’s publications related to the thesis 108 List of the author’s conference reports related to the thesis 109 References 109 iii List of Symbols and Notations N the natural numbers Q the rational numbers R the real numbers R = R ∪ {−∞, +∞} the extended real numbers Rn the n-dimensional Banach space Rn+ the non-negative orthant of Rn k · kX the norm of a space X dimX the dimension of a space X BX the closed unit ball of a space X BX (x0 , r) the closed ball with the center x0 and the radius r of a space X X∗ the dual space of a space X L(X, Y ) the space of continuous linear mappings from X to Y B(X, X, Y ) the space of continuous bilinear mappings from X × X to Y C∗ the dual cone of C C ∗i the quasi-interior dual cone of C N (D, z0 ) the normal cone of D at z0 {xn } the sequence with elements xn xn → x xn converges to x clM the closure of a set M intM the interior of a set M coreM the algebraic interior of a set M bdM the boundary of a set M convM the convex hull of a set M coneM the cone generated by M T (M, x0 ) the contingent cone of M at x0 IT (M, x0 ) the interior tangent cone of M at x0 T 2 (M, x0 , u) the second-order contingent set of M at x0 in direction u A2 (M, x0 , u) the second-order adjacent set of M at x0 in direction u IT 2 (M, x0 , u) the second-order interior set of M at x0 in direction u 00 T (M, x0 , u) the second-order asymptotic contingent set of M at x0 in direction u 00 A (M, x0 , u) the second-order asymptotic adjacent set of M at x0 in direction u 00 IT (M, x0 , u) the second-order asymptotic interior set of M at x0 in direction u f :X→Y a single-valued mapping from X to Y F :X⇒Y a set-valued mapping from X to Y F −1 : Y ⇒ X the inverse mapping of F : X ⇒ Y domF the domain of F gphF the graph of F iv epiF the epigraph of F F+ the profile/epigraphic map of F f 0 (x0 ) the first-order Fréchet derivative of f at x0 f 00 (x0 ) the second-order Fréchet derivative of f at x0 df (x0 , u) the Hadamard directional derivative of f at x0 d2 f (x0 , u)(x) the second-order Hadamard directional derivative of f at x0 in direction (u; x) 00 d f (x0 , u)(x) the asymptotic second-order Hadamard directional derivative of f at x0 in direction (u; x) DF (x0 , y0 ) the contingent derivative of F at (x0 , y0 ) Dl F (x0 , y0 ) the lower contingent derivative of F at (x0 , y0 ) D2 F (x0 , y0 , u, v) the second-order contingent derivative of F at (x0 ; y0 ) in direction (u; v) D[(2) F (x0 , y0 , u, v) the second-order adjacent derivative of F at (x0 ; y0 ) in direction (u; v) Dl2 F (x0 , y0 , u, v) the second-order lower derivative of F at (x0 ; y0 ) in direction (u; v) 00 D F (x0 , y0 , u, v) the asymptotic second-order contingent derivative of F at (x0 ; y0 ) in direction (u; v) 00 D[( ) F (x0 , y0 , u, v) the asymptotic second-order adjacent derivative of F at (x0 ; y0 ) in direction (u; v) 00 Dl F (x0 , y0 , u, v) the asymptotic second-order lower derivative of F at (x0 ; y0 ) in direction (u; v) EDF (x0 , y0 ) the contingent epiderivative of F at (x0 , y0 ) ED2 F (x0 , y0 , u, v) the second-order contingent epiderivative of F at (x0 ; y0 ) in direction (u; v) EDc(2) F (x0 , y0 , u, v) the composed second-order contingent epiderivative of F at (x0 ; y0 ) in direction (u; v) 00 ED F (x0 , y0 , u, v) the asymptotic second-order contingent epiderivative of F at (x0 ; y0 ) in direction (u; v) ≤C the order relation generated by C d(x, M ) the distance from x to M u⊥ the orthogonal complement of u l. upper semicontinuous t↓0 t > 0 and t → 0 |·| the absolute value h·, ·i the canonical pairing of any pair of dual spaces [·, ·] the close interval (·, ·) the open interval (·, ·] and [·, ·) the half-open intervals ∅ the empty set ∀ for all ∃ there exists 2 the end of a proof v Preface In the intensively developed optimization theory and applications, set-valued vec- tor problems have been taking a remarkably and continuously increasing part in the enormous number of contributions to the literature. Vector optimization, including multiobjective problems (as usual the terminology “multiobjective” is used when the number of objectives is finite, and “vector” for the general case), began to be studied more than a century ago, in mathematical applications in economics first, while set-valued optimization began to attract attention from researchers about five decades ago.
This thesis is devoted to set-valued vector op- timization. On the other hand, most practical problems are nonsmooth, i., the involved maps and functions are not Fréchet and Gateaux differentiable. Hence, in our work we always consider nonsmooth problems, like most important con- tributions to the literature in recent years. Besides derivative-free investigations, the main approach is introducing generalized derivatives to replace the classical ones, and developing their applications.
There have been numerous notions of generalized derivatives, each of which is valuable in some classes of problems but none is universal, due to the diversity of practical situations. Until now, many derivative-like notions have been proposed and applied to investigate optimality conditions in nonsmooth problems (see [7, 14, 15, 31, 38, 41, 79, 80] for first-order conditions, [4, 43, 56, 57, 72, 73, 95, 101] for higher-order conditions, and the references therein). In the pathbreaking paper [14], Corley employed the contingent and circatangent derivatives to establish a first-order Fritz John necessary optimality condition. Jahn and Rauh [41] introduced the notion of contingent epiderivative, which is an extension of directional derivative, but it is a single map and its existence is still an difficult problem.
For overcoming this difficulty, Chen and Jahn [15] proposed a generalized contingent epiderivative of set-valued maps, and it was applied to obtain first-order optimality conditions in [15, 41]. By using contingent epiderivatives, Gotz and Jahn in [31] obtained a first-order Karush-Kuhn-Tucker (KKT) necessary optimality condition. With the well-known Dubovitski-Milutin approach, Issac and Khan in [38] established a Lagrange multiplier rule for set-valued optimization with generalized inequality constraints. Another fruitful approach in set-valued optimization is the dual space approach initiated by Mordukhovich (see [79, 80]).
In our contributions we apply several kinds of generalized derivatives as mathematical tools in order to best serve our purpose. Depending on particular research situations, we even propose new concepts of generalized derivatives to suit our problems under consideration. Recently, second-order optimality conditions for scalar and vector optimiza- tion problems have been intensively developed (for example, we cite [2, 10, 13, vi 26, 34, 50, 53, 54, 61, 62, 75, 82, 83, 91, 93, 100] and the references therein) be- cause they refine the first-order by second-order information which is very helpful for recognizing optimal solutions as well as for designing numerical algorithms for computing them. We observe, in most related contributions in the literature, that the core of second-order necessary optimality conditions is a direct extension of the classical result in calculus that the second derivative of the objective map (or the Lagrange map in constrained problems) at minimizers is nonnegative.
Kawasaki in [50] discovered that the second derivative of the Lagrangian at the minimal solution may be strictly negative in certain critical directions. He called this phenomenon the envelope-like effect. The Kawasaki result was developed in [13, 46, 83] for C2 scalar programming, in [34, 61] for nonsmooth multiobjective programming, and in [62, 93] for infinite-dimensional nonsmooth optimization.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Nguyen Minh Tung (2015). Điều kiện tối ưu và đối ngẫu trong tối ưu không trơn và các [Luận án tiến sĩ, University of Science, Vietnam National University Ho Chi Minh City]. LuanAn.net. https://luanan.net/tai-lieu-khac/dieu-kien-toi-uu-va-doi-ngau-trong-toi-uu-khong-tron-va-cac-van-de-lien-quan
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Điều kiện tối ưu và đối ngẫu trong tối ưu không trơn và các" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án: Điều kiện tối ưu và đối ngẫu trong tối ưu không trơn và các vấn đề liên quan. Xem tóm tắt và tải về tại LuanAn.net
Luận án "Điều kiện tối ưu và đối ngẫu trong tối ưu không trơn và các" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại University of Science, Vietnam National University Ho Chi Minh City. Năm bảo vệ: 2015.
Luận án "Điều kiện tối ưu và đối ngẫu trong tối ưu không trơn và các" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Điều kiện tối ưu và đối ngẫu trong tối ưu không trơn và các" thuộc chuyên ngành Mathematics. Danh mục: Tài liệu khác.
Luận án "Điều kiện tối ưu và đối ngẫu trong tối ưu không trơn và các" có bao nhiêu trang?
Luận án "Điều kiện tối ưu và đối ngẫu trong tối ưu không trơn và các" có 128 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Điều kiện tối ưu và đối ngẫu trong tối ưu không trơn và các" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.