一般约束极大极小优化问题一个强收敛的广义梯度投影算法
A Strongly Convergent Generalized Gradient Projection Method for Minimax Optimization with General Constraints
收稿日期: 2019-03-22
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Received: 2019-03-22
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作者简介 About authors
马国栋,E-mail:
该文考虑求解带非线性不等式和等式约束的极大极小优化问题,借助半罚函数思想,提出了一个新的广义投影算法.该算法具有以下特点:由一个广义梯度投影显式公式产生的搜索方向是可行下降的;构造了一个新型的最优识别控制函数;在适当的假设条件下具有全局收敛性和强收敛性.最后,通过初步的数值试验验证了算法的有效性.
关键词:
In this paper, minimax optimization problems with inequality and equality constraints is discussed. The original problem is transformed into an associated simple problem with a penalty term and only inequality constraints, then a new generalized gradient projection algorithm is presented. The main characters of the proposed algorithm are as follows:the improved search direction is generated by only one generalized gradient projection explicit formula; the new optimal identification function is introduced; the algorithm is globally and strongly convergent under some mild assumptions. Finally, the numerical results show that the proposed algorithm is promising.
Keywords:
本文引用格式
马国栋.
Ma Guodong.
1 引言
该文考虑求解如下非线性一般约束极大极小优化问题
其中
其中半罚参数
该文借鉴半罚函数思想,提出了一个求解带有不等式和等式约束极大极小优化问题的广义梯度投影算法.算法构造了一个新型的最优识别控制函数,在每一次迭代中,搜索方向由一个广义梯度投影显示公式产生.在适当的假设条件下,算法具有全局收敛性和强收敛性.最后,初步数值试验验证了算法的有效性.
2 算法构造
为便于讨论,记问题(1.1)和(1.2)的可行集分别为
假设A1 函数
假设A1等价于下面条件:
假设A1-1 任意
为叙述方便,对于给定的迭代点
其中
对于问题(1.1),其稳定点最优性条件为
当
为检验当前迭代点
其中
当
进一步可得
由(2.4)和(2.8)式,易知
基于以上分析,引入如下最优识别控制函数:
其中
为说明以上各量的适定性及性质,给出以下引理.
引理2.1 设假设A1成立,有
(ⅰ)矩阵
(ⅱ)
(ⅲ)
(ⅳ)如
由以上引理知,若当前迭代点
其中参数
基于引理2.1,接下来分析搜索方向
引理2.2 设假设A1成立,方向
(ⅰ)
(ⅱ)
(ⅲ)
证 (ⅰ)首先,由(2.11)–(2.14)式, (2.9)式及引理2.1(ⅲ),有
另外,由
(ⅱ)由(2.13)式及引理2.1(ⅱ)有
当
(ⅲ)当
基于以上分析,下面给出算法的具体步骤.
算法A
步骤0 (初始化) 选初始点
步骤1 (修正罚参数
步骤2 (最优识别) 对于迭代点
步骤3 (线搜索) 计算
步骤4 (更新) 令
注2.1 由引理2.2知,易证(2.18)–(2.19)式对于充分小的正数
3 收敛性分析
本节分析算法A的全局收敛性和强收敛性.下面假设算法A产生无穷点列
假设A2 算法A产生的点列
引理3.1 设假设A1和A2成立,则存在正整数
证明可参考文献[9]中的引理3.1.根据引理3.1,下文假设
于是,
引理3.2 设假设A1和A2成立,如果
证 首先,当
A1.分析不等式(2.18),由
为便于分析,进而记
对于
A11.当
A12.当
若
因此,对于
由A11及A12的分析可知,对于
A2.对于
A21.当
A22.当
因此,对于
综上所述,当
引理3.3 设假设A1和A2成立,算法A或有限步终止于问题
证 因
此与
如下定理进一步分析算法A的强收敛性,其证明可参照文献[15,定理2]类似完成.
引理3.4 设假设A1和A2成立,参数
4 数值试验
本部分利用MATLAB R2015a进行编程,计算机配置为Windows 7, Intel(R) Core(TM) CPU 3.30GHz.参数设置为
表 1 数值结果
问题 | 算法 | Ni | |||
问题1 | 算法A | ||||
算法JZQM | |||||
算法YG | |||||
问题2 | 算法A | ||||
算法JZQM | |||||
算法YG | |||||
问题3 | 算法A | ||||
算法JZQM | |||||
算法YG | |||||
问题5 | 算法A | ||||
算法JZQM | |||||
问题6 | 算法A | ||||
算法JZQM | |||||
问题7 | 算法A | ||||
算法JZQM |
参考文献
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