<aside> 🧸 凸优化问题有多项式解法。
凸优化问题的最优性条件总可以写为等价条件。[【Convex Optimization 】【充分条件】 凸优化总有稳定点是全局极值点,是KKT系统的解,是拉格朗日函数的鞍点](https://hazysite.notion.site/KKT-13ed969b881f809c83f1ebe6ded223fc) 【定理】凸优化的局部极小点就是全局极小点,两者等价。 (必要性)全局极小一定局部极小 (充分性)反证,若存在全局极小比局部极小更小,两点凸组合的函数值小于函数值的凸组合,函数值的凸组合小于局部极小不组合;小量凸组合也是凸组合,进而局部极小条件矛盾。
约束优化问题的难点在于判断问题是否是凸优化问题:是则易否则找特例。
$$ \R^n, \ \lang x,y\rang=x^Ty,\ \|\| $$
</aside>

<aside>
$\forall x,y\in S$ and $\alpha \in [0,1]$, we have their convex combination / line segment is also belongs to $S$
$$ \alpha x+(1-\alpha)y\in S $$
凸集定义为 存在加法运算和对应标量空间的集合的子集,满足集合中任意元素的凸组合仍在集合内。
A set is convex: $x\in S,y\in S$→ segment $xy\subset S$.
segment $xy:\alpha x+\beta y,\alpha,\beta\ge0,\alpha+\beta =1$. to Convex Combination to barycentric coordinates.
$$ \boxed{ \alpha x+\beta y\in \Omega}\\x,y\in \Omega,\alpha +\beta=1,\alpha,\beta \in \R $$
</aside>
a specific convex set with the line rather line segment
$$ \alpha x+(1-\alpha )y\in S,\ \alpha \in \R $$
凸组合是两变量的线性组合,其线性因子和为1且0~1。
affine combination $\sum_i \alpha_i=1\to \sum_i \alpha_ix_i$, $A(M\in \R^n)=\sum_i^r \alpha_im_i,r\in N_+\}$
锥组合类似,线性因子非负
Theorem
An affine set is subspace of $\R^n$
iff $0\in S$
S is parallel to $U$ if $\exists x$
$$ S=x+U. $$
⇒ affine space = its any element + unique subspace with U//S = x + $\ker S$
and Affine dimension: $\dim S=\dim U$
Affine hyperplane: $H_{S,r}=\{x\in \R^n:\lang s,x\rang =r\}$ s 法向量,r是截距
$H_{S,0}=\{s\}^\perp$ 垂直超平面
Half Spaces: $\{x\in \R^n:\lang s, r\rang\le r\}$is closed and $\{x\in \R^n:\lang s, r\rang>r\}$is open affine set
Affine Hull: $Aff\ M=\bigcap_{M\subset S} S_{affine}$ smallest affine hull of subset
property
Affine independent
$x_0,x_1,\cdots,x_p$ are affine independent iff $x_1-x_0,\cdots,x_p-x_0$ are linear independent.
prop these are quivalent
$x_0,x_1,\cdots,x_p$ are affine independent
$(x_0,1),(x_1,1),\cdots,(x_p,1)$ are linear independent
below admits a unique solution
$$ \begin{aligned} \sum_{i-0}^p\alpha_ix_i=0,\\ \sum_{i=0}^p \alpha_i=0 \end{aligned} $$
(1) ⇒ (2) $\sum_{i-0}^p\alpha_ix_i-\sum_{i=0}^px_0=$affine independent
(2) <⇒ (3)
(3) ⇒ (1) let $\alpha_0=-\sum_{i=1}^P \alpha_i$, we get linear combination
$$ \Delta n=\{ \alpha\in \R^n:\sum{i=1}^n\alpha_i=1,\alpha_i\ge 0 \}\subset \R^n\\= \{\alpha\in \R^n:e^T\alpha =1,e_i^T\alpha\ge 0\} $$
$e_i$ is orthonormal basis;
n half-space within a hyperplane
<aside> <img src="/icons/chess-bishop_yellow.svg" alt="/icons/chess-bishop_yellow.svg" width="40px" /> 【定理】凸优化的局部极小点就是全局极小点,两者等价。 (必要性)全局极小一定局部极小 (充分性)反证,若存在全局极小比局部极小更小,两点凸组合的函数值小于函数值的凸组合,函数值的凸组合小于局部极小不组合;小量凸组合也是凸组合,进而局部极小条件矛盾。
</aside>
convex function
Prelimilary