不确定凸优化问题鲁棒近似解的最优性
Optimality of Robust Approximation Solutions for Uncertain Convex Optimization Problems
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收稿日期: 2019-03-20
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Received: 2019-03-20
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该文研究一类目标和约束函数均带有不确定信息的凸优化问题的鲁棒近似解.首先,在闭凸锥约束品性假设下,得到了该不确定优化问题关于近似解的最优性条件.然后,引入所研究不确定优化问题的近似鞍点的概念,并给出了近似解的鞍点刻划.
关键词:
This paper is devoted to study the optimality conditions of robust approximate solutions for a convex optimization problem, in which the objective and constraint functions are carried with uncertain data. First of all, under the assumption of a closed convex cone constraint qualification for the constraint functions, the optimality conditions of approximate solutions for the concerned uncertain optimization problem are presented. Then, the concept of robust approximate saddle point is introduced, and the characterization of robust approximate solutions are proposed by saddle points.
Keywords:
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李萌, 余国林.
Li Meng, Yu Guolin.
1 引言
经典的数学规划是在已知准确数据的条件下建立模型,并利用优化方法求解.但在实际生活中,优化模型往往受到各种因素的影响,许多问题带有不确定信息.特别在解决具体应用问题时,往往受制于未知参数影响,因此存在这样的风险:实际参数值偏离估计的参数值,则优化的解决方案可能是次优的或甚至是不可行的.因此,不确定优化问题引起了大家的广泛关注.鲁棒优化是处理不确定优化问题的有效方法之一,它是在满足约束条件下,对于可能出现的所有情况,以求出最坏情况下目标函数值最优为目的.本文所研究的内容就是用鲁棒优化方法处理不确定优化问题.
鲁棒优化问题可追溯到20世纪70年代[1],并在90年代末得到飞速发展.自进入21世纪之后,越来越多的学者加入到鲁棒优化问题的研究中,从而使得鲁棒优化在理论、方法及其应用方面的到了空前的发展[2-3].最优性条件和对偶理论是鲁棒优化研究的两个主要内容,例如:文献[4-5]借助一类鲁棒次微分约束品性,刻画了不确定凸优化问题的鲁棒最优解,并得到了相应的Wolfe型鲁棒对偶定理.众所周知,数学规划的模型一般都是实际问题的简化表示,利用数值算法求得的解大多是近似解.因此研究近似解不仅有理论价值而且有实际意义.最近, Lee和Jiao[6]在闭凸锥约束品性假设下,利用鲁棒优化方法研究了不确定凸优化问题的拟近似解,得到了相应的近似最优性条件和对偶定理;文献[7]对不确定多目标凸优化问题,研究了鲁棒近似弱有效解的最优性条件及Wolfe型和Mond-Weir型鲁棒对偶定理.另外,鞍点定理也是最优化问题研究的最主要的内容之一.文献[8]在一定的凸性条件下,得到了不确定多目标优化问题鲁棒弱有效解的鞍点刻划.本文是对鲁棒优化问题近似解的进一步研究,我们将在文献[6]中所用的约束品性下,讨论鲁棒近似解的最优性条件和鞍点定理.
本文内容安排如下:第2节,约定本文所用符号,并给出要用到的定义和引理;第3节,在闭凸锥约束品性假设下,建立鲁棒凸优化问题关于近似解的最优性条件;第4节,定义鲁棒近似鞍点的概念,并给出所研究的不确定凸优化问题鲁棒近似解的鞍点定理.
2 预备知识
本文用
集合
若
则称
对任意的
对任意的
引理2.1[9] 假设
引理2.2[10] 令
(1)如果
(2)如果
注2.1[7] 令
并且
本文考虑如下凸优化问题
其中
其中
下面引入问题(UP)的鲁棒对应(robust counterpart)
其中
本文总假设鲁棒优化问题(RUP)的可行集
定义2.1[11] 在问题(RUP)中,如果
是闭凸锥,称鲁棒优化问题(RUP)满足闭凸锥约束品性.
定义2.2[7] 令
下面给出凸函数的鲁棒形式的Farkas定理,本文将用此定理建立问题(RUP)鲁棒最优性条件.
引理2.3[12] 令
3 鲁棒最优性条件
本节将在闭凸锥约束品性假设下,利用凸函数的鲁棒形式的Farkas定理(引理2.3),建立鲁棒优化问题(RUP)的近似最优性条件.本文以下总假设
定理3.1 在问题(UP)中,令
证 首先证明(ⅰ)
因此
对于任意的
其中
又因问题(UP)满足鲁棒型闭凸锥约束品性,所以有
因此,存在
另外,由引理2.2,可知
因为
所以
再由(3.2)式,可得
因此,存在
故有
所以,对于任意的
由此可得
这就证明了(eq:a4)式.
下证(ⅱ)
且
因此,有
也即
由此可知
定理3.2 对于问题(UP),令
并且
证 首先证明(i)
因此,存在
由共轭函数上图的定义可知,存在
由(3.6)和(3.7)两式可得
由此可得
因此, (3.4)和(3.5)式成立.
下面证明(ⅱ)
因此,对任意的
上面两式相加得
注意到对任意的
再由
有
又因为
由此可知,
下面给出一具体实例验证定理3.2的结论.
令
其中,
显然
问题(RUP)
令
上面两式相加可得
可知,
注3.1 一些文献也对鲁棒优化问题近似解的最优性套条件进行了研究,例如文献[4],这些文献所讨论所讨论的模型通常只是在约束函数中含有不确定数据.本文证明了问题(UP)的鲁棒
4 $ \varepsilon $ -弱鞍点定理
本节建立了不确定凸优化问题(UP)的
定义4.1 令
称
注4.1 若
下面给出实例验证定义4.1.
令
其中
显然
问题(RUP)
令
通过定义4.1,对任意的
即
定理4.1 假设
证 假设(3.4)和(3.5)式成立,那么存在
令
由
式(3.5)经变换可得
也即是
故有
即
有
下面证明
由
将(3.5)式变换,与(4.1)式代入上式,有
这与假设矛盾,结论成立.
定理4.2 若存在
证 令
并且
参考文献
Convex programming with set-inclusive constraints and applications to inexact linear programming
,
Efficient methods for robust classification under uncertainty in kernel matrices
,
Extending scope of robust optimization:comprehensive robust counterparts of uncertain problems
,
不确定信息下凸优化问题的鲁棒解刻划
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Characterizations of robust solution for convex optimization problems with data uncertainty
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,
On quasi Q-solution for robust convex optimization problems
,
On robust approximate optimal solutions for uncertain convex optimization and applications to multi-objective optimization
,
Duality theorem and vector saddle point theorem for robust multiobjective optimization problems
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,DOI:10.1023/A:1022606002804 [本文引用: 2]
Strong duality in robust convex programming:complete characterizations
,DOI:10.1137/100791841 [本文引用: 1]
New sequential Lagrange multiplier conditions characterizing optimality without constraint qualification for convex programs
,DOI:10.1137/S1052623402417699 [本文引用: 1]
一类广义不变凸函数和向量变分不等式
,DOI:10.3969/j.issn.1003-3998.2017.06.003
A class of generalized invex functions and vector variational inequalities
DOI:10.3969/j.issn.1003-3998.2017.06.003
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