Luận án tiến sĩ: Tồn tại & ổn định nghiệm QHTP không lồi - Trần Văn Nghị, ĐHSPHN 2
"Phân tích sự tồn tại và tính ổn định nghiệm của bài toán quy hoạch toàn phương với hàm mục tiêu không lồi. Đề xuất phương pháp cải tiến hiệu quả."
Hanoi Pedagogical University 2
Analysis
Luan An
Doctoral Dissertation
Năm xuất bản
Số trang
143
Thời gian đọc
22 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- Tồn tại nghiệm quy hoạch toàn phương không lồi
- Số trang:
- 143 trang
- Trường:
- Hanoi Pedagogical University 2
- Chuyên ngành:
- Analysis
- Tác giả:
- Tran Van Nghi
- Năm:
- 2017
Tóm tắt nội dung luận án
I.Tồn tại nghiệm quy hoạch toàn phương không lồi
Quy hoạch toàn phương không lồi (QPTKL) là lĩnh vực quan trọng trong tối ưu hóa. Các bài toán này xuất hiện rộng rãi trong kỹ thuật, kinh tế và khoa học dữ liệu. QPTKL liên quan đến việc tối ưu hóa một hàm mục tiêu toàn phương dưới các ràng buộc tuyến tính hoặc toàn phương. Điểm khác biệt chính là hàm mục tiêu không lồi. Điều này tạo ra nhiều thách thức đáng kể so với quy hoạch lồi. Nghiên cứu tập trung vào việc xác định các điều kiện để nghiệm tồn tại. Khía cạnh này là nền tảng cho mọi phân tích tiếp theo. Sự tồn tại của nghiệm tối ưu toàn cục là yếu tố cốt lõi. Nếu không có nghiệm, các phương pháp giải sẽ trở nên vô nghĩa. Nghiên cứu này khám phá các điều kiện cần và đủ cho sự tồn tại của nghiệm. Đặc biệt, phân tích các bài toán có hàm mục tiêu toàn phương không lồi. Việc xác định tính chất của tập nghiệm cũng là một trọng tâm. Điều này bao gồm tập nghiệm tối ưu toàn cục, cục bộ và nghiệm dừng. Các kết quả có ý nghĩa lý thuyết sâu sắc. Chúng cũng cung cấp cơ sở cho việc phát triển thuật toán hiệu quả hơn. Mục tiêu là đảm bảo rằng các bài toán thực tế có thể tìm được giải pháp.
1.1. Điều kiện tồn tại nghiệm tối ưu toàn cục
Việc thiết lập các điều kiện tồn tại nghiệm tối ưu toàn cục cho quy hoạch toàn phương không lồi là một nhiệm vụ phức tạp. Không giống như trường hợp lồi, hàm mục tiêu không lồi có thể có nhiều điểm cực trị cục bộ. Điều này gây khó khăn trong việc xác định liệu một nghiệm toàn cục có thực sự tồn tại hay không. Nghiên cứu xem xét các tính chất hình học của tập ràng buộc và hành vi của hàm mục tiêu. Một số điều kiện liên quan đến tính compact của tập ràng buộc. Các điều kiện khác tập trung vào tính bao dưới liên tục (lower semicontinuity) của hàm mục tiêu. Tài liệu này trình bày các định lý cụ thể. Các định lý này chỉ ra khi nào một nghiệm tối ưu toàn cục chắc chắn tồn tại. Ví dụ, sự tồn tại được đảm bảo nếu tập ràng buộc là compact và hàm mục tiêu liên tục. Tuy nhiên, trong nhiều ứng dụng, tập ràng buộc có thể không compact. Nghiên cứu mở rộng các điều kiện này. Các điều kiện này áp dụng cho các trường hợp tổng quát hơn. Điều này bao gồm việc xem xét hành vi của hàm mục tiêu tại vô cực. Các kết quả này đóng góp vào hiểu biết sâu sắc về cấu trúc của các bài toán tối ưu hóa không lồi.
1.2. Định lý kiểu Frank Wolfe và Eaves
Nghiên cứu áp dụng và mở rộng các định lý tồn tại cổ điển. Định lý kiểu Frank-Wolfe và Eaves là hai ví dụ điển hình. Định lý Frank-Wolfe ban đầu áp dụng cho các hàm lồi và tập ràng buộc compact. Trong bối cảnh quy hoạch toàn phương không lồi, cần có những điều chỉnh. Nghiên cứu này mở rộng các nguyên tắc cơ bản của định lý này. Mục tiêu là bao quát các hàm mục tiêu không lồi. Định lý kiểu Eaves cũng được xem xét kỹ lưỡng. Định lý Eaves thường được dùng để phân tích sự tồn tại nghiệm cho các bài toán quy hoạch có tính chất đặc biệt. Việc áp dụng các ý tưởng từ Eaves giúp phát triển các điều kiện tồn tại mới. Các điều kiện này phù hợp với tính chất không lồi của bài toán. Các phương pháp này đòi hỏi một phân tích sâu hơn về cấu trúc của bài toán. Đặc biệt là khi ma trận Hessian của hàm mục tiêu có thể không xác định dương. Các kết quả này cung cấp công cụ mạnh mẽ. Chúng giúp xác định tính tồn tại của nghiệm trong môi trường tối ưu hóa không lồi phức tạp.
II.Phân tích ổn định nghiệm quy hoạch toàn phương không lồi
Phân tích ổn định nghiệm là yếu tố then chốt trong tối ưu hóa không lồi. Nghiên cứu này đánh giá sự thay đổi của tập nghiệm khi các tham số của bài toán biến động. Quy hoạch toàn phương không lồi thường nhạy cảm với nhiễu. Do đó, việc hiểu rõ tính ổn định là cực kỳ quan trọng. Ổn định nghiệm ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy của các giải pháp. Nếu nghiệm thay đổi mạnh chỉ với một nhiễu nhỏ, thì giải pháp đó ít đáng tin cậy. Nghiên cứu tập trung vào sự ổn định của nghiệm tối ưu toàn cục, cục bộ và nghiệm dừng. Các kết quả ổn định có ứng dụng thực tiễn rộng rãi. Chúng giúp đánh giá độ vững của mô hình. Chúng cũng hỗ trợ thiết kế các thuật toán mạnh mẽ hơn. Phân tích này sử dụng các khái niệm về tính bán liên tục trên và dưới của các ánh xạ tập hợp. Việc này giúp nắm bắt được hành vi phức tạp của tập nghiệm. Mục tiêu là cung cấp một cái nhìn toàn diện về cách các giải pháp tối ưu hóa không lồi phản ứng với sự thay đổi của dữ liệu đầu vào.
2.1. Tính liên tục của nghiệm tối ưu toàn cục
Tính liên tục của ánh xạ nghiệm tối ưu toàn cục là một chủ đề quan trọng. Nghiên cứu xem xét các điều kiện để tập nghiệm tối ưu toàn cục thay đổi một cách liên tục. Điều này xảy ra khi các tham số của bài toán thay đổi nhỏ. Đối với quy hoạch toàn phương không lồi, việc này phức tạp hơn nhiều so với trường hợp lồi. Hàm mục tiêu không lồi có thể tạo ra các tập nghiệm bị "nhảy" gián đoạn. Các kết quả trong tài liệu chỉ ra các điều kiện đủ. Các điều kiện này đảm bảo tính liên tục của ánh xạ nghiệm toàn cục. Chúng thường liên quan đến các giả định về tính compact của tập ràng buộc. Chúng cũng liên quan đến các tính chất của hàm mục tiêu và các hàm ràng buộc. Ví dụ, sự ràng buộc chặt (Slater Constraint Qualification) và tính nửa liên tục dưới của hàm mục tiêu có thể đóng vai trò quan trọng. Hiểu biết về tính liên tục giúp các nhà nghiên cứu dự đoán hành vi của nghiệm. Nó cũng giúp trong việc thiết kế các chiến lược tối ưu hóa có khả năng chống nhiễu tốt hơn.
2.2. Ổn định tập nghiệm tối ưu cục bộ và nghiệm dừng
Bên cạnh nghiệm tối ưu toàn cục, ổn định của nghiệm tối ưu cục bộ và nghiệm dừng cũng là trọng tâm. Nghiệm cục bộ là những điểm mà hàm mục tiêu đạt giá trị nhỏ nhất trong một lân cận. Nghiệm dừng là những điểm thỏa mãn điều kiện tối ưu bậc nhất (KKT). Đối với tối ưu hóa không lồi, các tập hợp này có thể rất phức tạp. Chúng có thể không liên tục hoặc không đơn trị. Nghiên cứu phân tích các điều kiện để tập nghiệm cục bộ và tập nghiệm dừng ổn định. Điều này bao gồm việc sử dụng các khái niệm về bán liên tục trên và dưới. Các kết quả chỉ ra rằng dưới một số giả định nhất định, các tập này vẫn có thể duy trì tính ổn định. Ví dụ, các điều kiện như điều kiện ràng buộc chính quy (regularity conditions) đóng vai trò quan trọng. Sự ổn định này giúp các thuật toán tìm kiếm nghiệm cục bộ có độ tin cậy cao hơn. Điều này đặc biệt có giá trị trong các bài toán lớn. Khi đó, việc tìm nghiệm toàn cục có thể là quá khó khăn (tính NP-khó).
2.3. Cận trên và cận dưới bán liên tục của tập nghiệm
Các khái niệm về bán liên tục trên (upper semicontinuity) và bán liên tục dưới (lower semicontinuity) là công cụ toán học chính. Chúng dùng để mô tả sự ổn định của các ánh xạ tập hợp. Nghiên cứu này áp dụng các công cụ này cho tập nghiệm của quy hoạch toàn phương không lồi. Bán liên tục trên có nghĩa là nếu một chuỗi các bài toán hội tụ, thì các nghiệm của chúng sẽ không "nhảy" ra khỏi tập giới hạn của các nghiệm. Bán liên tục dưới đảm bảo rằng mọi nghiệm của bài toán giới hạn có thể được xấp xỉ bởi một chuỗi các nghiệm từ các bài toán xấp xỉ. Tài liệu cung cấp các điều kiện cụ thể. Các điều kiện này đảm bảo các tính chất bán liên tục này cho tập nghiệm tối ưu toàn cục, cục bộ và nghiệm dừng. Ví dụ, các điều kiện về tính compact của tập ràng buộc hoặc các điều kiện ràng buộc như MFQC (Mangasarian-Fromovitz Constraint Qualification) thường được sử dụng. Việc phân tích này giúp hiểu rõ hơn về hành vi của các bài toán tối ưu hóa khi có nhiễu. Nó cũng cung cấp nền tảng lý thuyết cho việc phát triển các thuật toán giải quyết các bài toán tối ưu hóa không lồi một cách vững chắc.
III.Giá trị tối ưu Liên tục khả vi trong quy hoạch không lồi
Hàm giá trị tối ưu, còn gọi là hàm biên, là một khái niệm trung tâm trong tối ưu hóa tham số. Hàm này biểu diễn giá trị tối ưu của bài toán như một hàm của các tham số. Nghiên cứu này phân tích các tính chất quan trọng của hàm giá trị tối ưu cho quy hoạch toàn phương không lồi. Cụ thể, xem xét tính liên tục và khả vi theo hướng. Các tính chất này rất quan trọng cho phân tích độ nhạy. Chúng cho biết giá trị tối ưu thay đổi như thế nào khi các tham số của bài toán biến động. Đối với tối ưu hóa không lồi, việc phân tích hàm giá trị tối ưu gặp nhiều thách thức. Hàm này có thể không liên tục hoặc không khả vi tại các điểm nhất định. Nghiên cứu cung cấp các điều kiện đủ để đảm bảo các tính chất này. Các kết quả có ý nghĩa lớn trong việc dự đoán phản ứng của hệ thống. Chúng cũng hỗ trợ trong việc thiết kế các chiến lược tối ưu hóa có khả năng thích ứng. Sự hiểu biết sâu sắc về hành vi của hàm giá trị tối ưu là cần thiết. Điều này giúp đưa ra các quyết định sáng suốt hơn trong các ứng dụng thực tế phức tạp.
3.1. Tính liên tục của hàm giá trị tối ưu
Tính liên tục của hàm giá trị tối ưu là một tính chất mong muốn. Nó đảm bảo rằng một sự thay đổi nhỏ trong tham số sẽ dẫn đến một thay đổi nhỏ trong giá trị tối ưu. Đối với quy hoạch toàn phương không lồi, hàm giá trị tối ưu có thể bị gián đoạn. Điều này xảy ra do sự thay đổi đột ngột trong cấu trúc của tập nghiệm. Nghiên cứu này xác định các điều kiện để hàm giá trị tối ưu duy trì tính liên tục. Các điều kiện này thường bao gồm các giả định về tính compact của tập ràng buộc. Chúng cũng liên quan đến sự liên tục của hàm mục tiêu và các hàm ràng buộc đối với các tham số. Các điều kiện ràng buộc chính quy, như điều kiện Slater, cũng có vai trò quan trọng. Tài liệu trình bày các định lý cụ thể. Các định lý này chỉ ra khi nào hàm giá trị tối ưu là liên tục. Việc hiểu rõ các điều kiện này giúp các nhà phân tích đánh giá độ nhạy của bài toán. Nó cũng giúp trong việc xây dựng các mô hình tối ưu hóa vững chắc hơn.
3.2. Đạo hàm theo hướng bậc nhất và bậc hai
Ngoài tính liên tục, khả năng đạo hàm theo hướng của hàm giá trị tối ưu cũng được phân tích. Đạo hàm theo hướng bậc nhất cung cấp thông tin về tốc độ thay đổi của giá trị tối ưu. Thông tin này đi theo một hướng tham số cụ thể. Đạo hàm theo hướng bậc hai cung cấp thông tin về độ cong. Nó giúp hiểu rõ hơn về hành vi cục bộ của hàm giá trị tối ưu. Đối với tối ưu hóa không lồi, việc tính toán các đạo hàm này là một thách thức lớn. Nghiên cứu này phát triển các công thức. Các công thức này cho phép tính toán đạo hàm theo hướng bậc nhất và bậc hai. Điều này áp dụng cho hàm giá trị tối ưu của quy hoạch toàn phương không lồi. Các công thức này thường dựa trên các điều kiện tối ưu KKT. Chúng cũng dựa trên các tính chất của ma trận Hessian của hàm Lagrangian. Các kết quả này cung cấp một công cụ mạnh mẽ cho phân tích độ nhạy. Nó cho phép các nhà nghiên cứu dự đoán chính xác hơn phản ứng của giá trị tối ưu. Điều này đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng cần tinh chỉnh các tham số một cách chính xác.
IV.Ổn định bài toán miền tin mở rộng ETRS không lồi
Bài toán miền tin mở rộng (ETRS) là một lớp bài toán quan trọng. Chúng xuất hiện trong nhiều thuật toán tối ưu hóa. Đặc biệt là các thuật toán dựa trên miền tin cho tối ưu hóa không lồi. Nghiên cứu này tập trung vào phân tích ổn định cho ETRS khi có các tham số. ETRS thường có dạng tối ưu hóa một hàm toàn phương dưới một ràng buộc toàn phương duy nhất. Ràng buộc này có thể không lồi. Điều này làm cho việc phân tích trở nên phức tạp. Sự ổn định của ETRS rất quan trọng đối với hiệu suất của các thuật toán. Nếu nghiệm của ETRS không ổn định, thuật toán có thể gặp khó khăn khi hội tụ. Nghiên cứu xem xét các tính chất liên tục và bán liên tục của tập nghiệm dừng. Nghiên cứu cũng phân tích hàm giá trị tối ưu của ETRS. Các kết quả này đóng góp vào lý thuyết cơ bản của ETRS. Chúng cũng cung cấp cơ sở cho việc thiết kế các thuật toán tối ưu hóa đáng tin cậy hơn cho các bài toán quy hoạch toàn phương không lồi lớn.
4.1. Kết quả ổn định cho ETRS tham số
Nghiên cứu này trình bày các kết quả ổn định quan trọng cho ETRS tham số. Các tham số có thể ảnh hưởng đến hàm mục tiêu và ràng buộc của ETRS. Các kết quả ổn định này bao gồm các điều kiện để tập nghiệm dừng của ETRS duy trì tính liên tục hoặc bán liên tục. Điều này khi các tham số biến đổi nhỏ. Việc phân tích ổn định thường dựa trên lý thuyết ánh xạ đa trị và các khái niệm về coderivative. Một trong những thách thức chính là tính không lồi của ràng buộc. Ràng buộc toàn phương không lồi có thể tạo ra các tập nghiệm không đơn trị hoặc gián đoạn. Nghiên cứu đề xuất các giả định cụ thể. Các giả định này đảm bảo rằng các tính chất ổn định vẫn được duy trì. Ví dụ, các điều kiện về tính chính quy của các ràng buộc đóng vai trò quan trọng. Các kết quả này có ý nghĩa thực tiễn. Chúng giúp các nhà phát triển thuật toán hiểu rõ hơn về cách các phương pháp giải ETRS hoạt động dưới điều kiện nhiễu.
4.2. Tính liên tục và bán liên tục của nghiệm dừng ETRS
Tính liên tục và bán liên tục của tập nghiệm dừng ETRS là đối tượng phân tích chính. Nghiệm dừng của ETRS là những điểm thỏa mãn điều kiện KKT. Các điểm này có thể là nghiệm tối ưu cục bộ. Tài liệu này cung cấp các điều kiện để tập nghiệm dừng ETRS là bán liên tục trên và dưới. Các điều kiện này giúp mô tả hành vi của nghiệm dừng khi các tham số thay đổi. Việc phân tích này thường sử dụng các công cụ từ phân tích lồi và không trơn. Ví dụ, coderivative của ánh xạ nón pháp tuyến được áp dụng. Các kết quả cho thấy dưới các giả định nhất định, tập nghiệm dừng ETRS có thể có các tính chất ổn định tốt. Điều này bao gồm cả trường hợp ETRS có ràng buộc bất đẳng thức tuyến tính. Các kết quả này rất quan trọng cho lý thuyết miền tin. Chúng cũng cung cấp thông tin cần thiết cho việc thiết kế các thuật toán tối ưu hóa toàn cục dựa trên các phương pháp miền tin.
V.Điều kiện tối ưu KKT và tính NP khó của quy hoạch không lồi
Quy hoạch toàn phương không lồi (QPTKL) là một lớp bài toán tối ưu hóa rất khó. Chúng thuộc loại NP-khó. Điều này có nghĩa là việc tìm nghiệm tối ưu toàn cục thường đòi hỏi thời gian tính toán tăng theo cấp số mũ. Nghiên cứu này không chỉ tập trung vào sự tồn tại và ổn định. Nó còn phân tích các điều kiện tối ưu và bản chất khó của QPTKL. Việc hiểu rõ tính NP-khó là cần thiết. Điều này giúp đánh giá giới hạn của các thuật toán hiện có. Nó cũng hướng dẫn việc phát triển các phương pháp giải mới. Các điều kiện Karush-Kuhn-Tucker (KKT) là nền tảng cho tối ưu hóa. Chúng cung cấp các điều kiện cần để một điểm là nghiệm tối ưu cục bộ. Trong bối cảnh không lồi, các điều kiện này cần được diễn giải và mở rộng cẩn thận. Nghiên cứu này khám phá các điều kiện KKT và ý nghĩa của chúng. Điều này đặc biệt quan trọng khi ma trận Hessian của hàm mục tiêu không xác định dương.
5.1. Điều kiện Karush Kuhn Tucker KKT mở rộng
Điều kiện Karush-Kuhn-Tucker (KKT) là một bộ điều kiện cần thiết. Chúng dùng để xác định các điểm tối ưu cục bộ trong bài toán quy hoạch có ràng buộc. Đối với quy hoạch toàn phương không lồi, các điều kiện KKT vẫn giữ vai trò quan trọng. Tuy nhiên, việc áp dụng và diễn giải chúng đòi hỏi sự cẩn trọng. Đặc biệt là khi hàm mục tiêu không lồi và ma trận Hessian của nó không xác định dương. Nghiên cứu này mở rộng các điều kiện KKT. Nó xem xét các trường hợp khi các điều kiện chính quy ràng buộc không được thỏa mãn một cách mạnh mẽ. Việc này bao gồm việc sử dụng các khái niệm về nón pháp tuyến tổng quát và coderivative. Các điều kiện KKT mở rộng giúp xác định nghiệm dừng một cách chính xác hơn. Điều này trong bối cảnh tối ưu hóa không lồi. Sự hiểu biết sâu sắc về các điều kiện KKT là nền tảng. Nó giúp xây dựng các thuật toán tìm kiếm nghiệm tối ưu cục bộ hiệu quả.
5.2. Tính NP khó và thách thức của tối ưu hóa không lồi
Tính NP-khó của quy hoạch toàn phương không lồi là thách thức lớn nhất. Điều này có nghĩa là không có thuật toán đa thức nào được biết đến. Các thuật toán này có thể tìm ra nghiệm tối ưu toàn cục một cách hiệu quả trong mọi trường hợp. Việc này đã thúc đẩy sự phát triển của nhiều thuật toán tối ưu toàn cục. Tuy nhiên, hầu hết các thuật toán này đều có độ phức tạp tính toán cao. Ví dụ, phương pháp nhánh và cận là một trong những cách tiếp cận phổ biến. Phương pháp này chia nhỏ bài toán thành các bài toán con nhỏ hơn. Nó sau đó tìm kiếm nghiệm toàn cục. Nghiên cứu này thừa nhận và làm rõ bản chất NP-khó của QPTKL. Việc này nhấn mạnh sự cần thiết của các phương pháp heuristic hoặc xấp xỉ. Các phương pháp này được dùng khi nghiệm toàn cục là quá khó để tìm. Các kết quả về tồn tại và ổn định vẫn có giá trị lớn. Chúng cung cấp nền tảng lý thuyết cho việc đánh giá chất lượng của các nghiệm tìm được. Chúng cũng giúp xác định phạm vi mà các thuật toán tối ưu toàn cục có thể hoạt động hiệu quả.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (143 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộMINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HANOI PEDAGOGICAL UNIVERSITY 2 TRAN VAN NGHI EXISTENCE AND STABILITY FOR QUADRATIC PROGRAMMING PROBLEMS WITH NON-CONVEX OBJECTIVE FUNCTION DOCTORAL DISSERTATION IN MATHEMATICS Hanoi, 2017 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HANOI PEDAGOGICAL UNIVERSITY 2 TRAN VAN NGHI EXISTENCE AND STABILITY FOR QUADRATIC PROGRAMMING PROBLEMS WITH NON-CONVEX OBJECTIVE FUNCTION Speciality: Analysis Speciality code: 62 46 01 02 DOCTORAL DISSERTATION IN MATHEMATICS Supervisor: Assoc. Nguyen Nang Tam Hanoi, 2017 Confirmation This dissertation has been written on the basis of my research works carried at Hanoi Pedagogical University 2, under the supervision of Assoc. Nguyen Nang Tam. The presented results have never been published by others.
The author Tran Van Nghi Acknowledgment I would like to express my deep gratitude to my supervisor, Assoc. Nguyen Nang Tam, for his careful and effective guidance. I would like to thank the board of directors of Hanoi Pedagogical University 2, for providing me with pleasant working conditions. I am grateful to the leaders of Department of Mathematics, and my colleagues, for granting me various financial supports and/or constant help during the four years of my PhD study.
Last but not least, I wish to express my endless gratitude to my grandparents, my parents and also to my brother for their unconditional and unlimited love and support. My special gratitude goes to my wife for her love and encouragement. I dedicate this work as a spiritual gift to my children. Contents Table of Notations iii Introduction 1 1 Existence of solutions 7 1.
A Frank-Wolfe type theorem. An Eaves type theorem. 20 2 Stability for global, local and stationary solution sets 21 2. Continuity of the global optimal solution map.
Assumptions and auxiliary results. Upper semicontinuity of the global optimal solu- tion map. Lower semicontinuity of the global optimal solu- tion map. Semicontinuity of the local optimal solution map.
Stability of stationary solutions. Upper semicontinuity of the stationary solution map 31 2. A result on stability of stationary solutions. 41 3 Continuity and directional differentiability of the optimal value function 42 3.
Continuity of the optimal value function. First-order directional differentiability. Second-order directional differentiability. 73 4 Stability for extended trust region subproblems 74 4.
Some stability results for parametric ETRS. Continuity of the stationary solution map. Continuity of the optimal value function. ETRS with a linear inequality constraint.
Lower semicontinuity of the stationary solution map 86 4. Coderivatives of the normal cone mapping. 121 General Conclusions 123 List of Author’s Papers 124 References 124 ii Table of Notations (P ) the optimization problem LP linear programming N LP nonlinear programming QP quadratic programming LCQP linearly constrained quadratic programming QCQP quadratically constrained quadratic programming T RS trust region subproblem ET RS extended trust region subproblem VI variational inequality AV I affine variational inequality EAV I extended affine variational inequality (QP (p)) the QCQP problem depending on the parameter p F(p) the feasible region of (QP (p)) L(p) the local optimal solution set of (QP (p)) IL(p) the isolated local optimal solution set of (QP (p)) G(p) the global optimal solution set of (QP (p)) S(p) the stationary solution set of (QP (p)) KKT Karush-Kuhn-Tucker L(x, p, λ) the Lagrange function of (QP (p)) Λ(x̄, p) the set of all Lagrange multipliers corresponding to x̄ (V I(F, S)) the VI depending on the function F and the S (V I(p)) the VI depending on the parametric p (ETm (w)) the extended trust region subproblem depending on the parametric w iii SCQ Slater Constraint Qualification M F CQ Mangasarian-Fromovitz Constraint Qualification (M F RC)p0 the Mangasarian-Fromovitz Regularity Condition un- der direction p0 LICQ Linear Independence Constraint Qualification I(x̄, p) the active constraint index set of (QP (p)) at x̄ R the real set Rn the n-dimensional Euclidean space Rn×n S the space of real symmetric (n × n)–matrices Rn×n S+ the set of positive semidefinite real symmetric (n×n)– matrices Rn+ {(x1 ,. , xn ) ∈ Rn : xi ≥ 0, i = 1,.
, n} xT y or hx, yi the scalar product of vectors x, y kxk the Euclidean norm of a vector x domF effective domain of F gphF graph of F Lim sup limit in the sence Painlevé-Kuratowski AT the transposed matrix of A Nb (x̄; Ω) Fréchet normal cone of Ω at x̄ N (x̄; Ω) Mordukhovich normal cone of Ω at x̄ b ∗ F (x̄, ȳ)(·) D Fréchet coderivative of F at (x̄, ȳ) D∗ F (x̄, ȳ)(·) Mordukhovich coderivative of F at (x̄, ȳ) C x −→ x̄ x → x̄ and x ∈ C α ↓ ᾱ α → ᾱ and α ≥ ᾱ α ↑ ᾱ α → ᾱ and α ≤ ᾱ 0+ C the recession cone of C ϕ0 (p, p0 ) first-order directional derivative at p in direction p0 N ull(Q) {x ∈ Rn : Qx = 0} pos{a, b} {θa + γb : θ ≥ 0, γ ≥ 0} S∗ {x ∈ Rn : y T x ≥ 0 ∀y ∈ S} iv Introduction Optimization concerns the analysis and the solution of problems in order to find the best elements in a given set. It is an important and very successful area of the applied mathematics. Applications of optimization are expanding and diverse. Among the most popular areas of applica- tion, we should mention as follows: engineering, statistics, economics, computer science, management sciences, and mathematics itself.
Op- timization problem arises in approximation theory, probability theory, structure design, chemical process control, routing in telecommunica- tion networks, image reconstruction, experiment design, radiation ther- apy, asset valuation, portfolio management, supply chain management, facility location, and others. Generally, an optimization problem (P ) can be stated very simply as follows. We have a given set C and a real-valued function f on C. The problem is to find a point x̄ ∈ C such that f (x̄) ≤ f (x) for all x ∈ C.
Then, C is called the feasible set or the constraint region, and the function f is called the objective function. Normally, C is defined by a system of equations and inequalities, which we call constraints. If C = Rn then we call the problem (P ) to be the unconstrained optimization problem. We say that (P ) is the constrained problem if C is a strict subset of the space Rn (i., C ⊂ Rn and C 6= Rn ).
A feasible vector x̄ ∈ C is called a global solution of (P ) if f (x̄) 6= +∞ and f (x̄) ≤ f (x) for all x ∈ C. We say that x̄ is a local solution of (P ) if f (x̄) 6= +∞ and there exists a neighborhood U of x̄ such that f (x̄) ≤ f (x) for all x ∈ C ∩ U. The set 1 of all the global solutions (resp., the local solutions) of (P ) is denoted by (G(P )) (resp. The optimization theory includes various fields such as integer, stochastic, linear, nonlinear, convex, nonconvex, smooth, nonsmooth op- timization, optimal control, semi-infinite programming, ect,.
T here have been several main directions of research including: existence of solutions, optimality conditions, sensitivity analysis, duality theory and numerical methods. The most popular constrained optimization problem is the linear programming (LP) problems, in which the objective function is a linear function and the constraint set is defined by finitely many linear equa- tions and inequalities. If the objective function or some of the equations or inequalities defining the feasible set are nonlinear, the optimization problem is called the nonlinear programming (NLP) problem. In this case, the specific techniques and theoretical results of LP cannot be di- rectly applied, and a more general approach is needed.
Quadratic programming (QP) problems constitute a special class of NLP problems. Numerous problems in real world applications, including problems in planning and scheduling, economies of scale, engineering de- sign, and control are naturally expressed as QP problems. One also uses QP problems in order to approximate NLP problems. The importance of QP was presented by Floudas and Visweswaran [33].
Many important research results for linearly constrained quadratic programming (LCQP) problems can be found in Lee et al. [56] and the references cited therein. Since the finite dimensional LCQP problems have been rather comprehensively investigated, several authors are now interested in studying quadratically constrained non-convex quadratic programming (QCQP) problems. The study of QCQP problems originated in 1951 by Kuhn and Tucker [55], if not earlier.
These problems have been of great inter- 2 ests to the researchers in theory and practice. Besides the theoretical importance, QCQP problems are of wide applications. In numerical op- timization, at each iteration of the trust region method, a QP problem with one elliptic constraint is solved as a subproblem in order to find a moving direction. This subproblem is a special case of QCQP and is known as the trust region subproblem (TRS).
In binary integer program- ming problems, the integer requirements can be formulated as quadratic constraints. In statistics, the linear regression model minimizes an un- constrained quadratic function which is a special case of QCQP. On qualitative properties of QCQP problems, one often concerns solution existence, optimal conditions, sensitivity analysis and stability. The solution existence of QP problems is one of the most impor- tant issues.
In 1956, Frank and Wolfe [34] extended the fundamental existence of linear programming by proving that an arbitrary quadratic function f attains its minimum over a nonempty convex polyhedral set C provided that f is bounded from below over C (called Frank-Wolfe Theorem). From then to now, there have been some other proofs for this theorem and its extended versions. Belousov [12, Chapter II, Section 4, Theorem 13] and Terlaky [105] proved the following result: A QP problem has a solution if its objective function is convex and bounded below over a nonempty constraint set defined by convex quadratic func- tions. Detailed proofs of this result can be found in [13,66].
In 1999, Luo and Zhang [66, Theorem 2] proved that a QP problem has a solution if its objective function is bounded below over a nonempty constraint set defined by a convex quadratic function and linear constraint functions. They also showed [66, Example 2, p. 94] that there exists a nonconvex QP problem in R4 with two convex quadratic constraints whose objective function is bounded from below over a nonempty constraint set, which has no solutions. Belousov and Klatte [13, p.
45] observed that the effect of nonconvexity of the objective function can be seen in R3. Bertsekas 3 and Tseng [14] proved the solution existence of a QP problem when all the asymptotic directions of constraint set are retractive local hori- zon directions and the objective function is bounded below constraint set. Tuy and Tuan [106] established some important results on the solu- tion existence for nonconvex QP problems. Given a quadratic function and a convex quadratic constraint set, verifying whether the function is bounded from below on the set is a rather difficult task.
Eaves [31] dis- cussed another fundamental existence theorem (called Eaves Theorem) for LCQP problems which gives us a tool for dealing with the task. Eaves Theorem presented verifiable necessary and sufficient conditions for the solution existence of LCQP problems. By using the concept of recession cone in convex analysis, Lee et al. [61] established an Eaves type Theo- rem for convex QCQP problems.
Up to now, many researchers have been studying sufficient conditions for the solution existence of a nonconvex QP problem whose constraint set is defined by finitely many quadratic inequalities. Stability for parametric QCQP problems plays an important role because they can be used for analyzing algorithms for solving this prob- lem. For convex QP problems, Best et al.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Tran Van Nghi (2017). Tồn tại và ổn định nghiệm quy hoạch toàn phương không lồi [Luận án tiến sĩ, Hanoi Pedagogical University 2]. LuanAn.net. https://luanan.net/tai-lieu-khac/ton-tai-on-dinh-nghiem-quy-hoach-toan-phuong-khong-loi
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Tồn tại và ổn định nghiệm quy hoạch toàn phương không lồi" nghiên cứu về vấn đề gì?
"Phân tích sự tồn tại và tính ổn định nghiệm của bài toán quy hoạch toàn phương với hàm mục tiêu không lồi. Đề xuất phương pháp cải tiến hiệu quả."
Luận án "Tồn tại và ổn định nghiệm quy hoạch toàn phương không lồi" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Hanoi Pedagogical University 2. Năm bảo vệ: 2017.
Luận án "Tồn tại và ổn định nghiệm quy hoạch toàn phương không lồi" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Tồn tại và ổn định nghiệm quy hoạch toàn phương không lồi" thuộc chuyên ngành Analysis. Danh mục: Tài liệu khác.
Luận án "Tồn tại và ổn định nghiệm quy hoạch toàn phương không lồi" có bao nhiêu trang?
Luận án "Tồn tại và ổn định nghiệm quy hoạch toàn phương không lồi" có 143 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Tồn tại và ổn định nghiệm quy hoạch toàn phương không lồi" 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.