知识点:一般约束优化问题最优性条件 (KKT)
知识点概述
Karush-Kuhn-Tucker (KKT) 条件是约束优化问题最优解的一阶必要条件,它是无约束优化中“梯度为零”条件向约束问题的推广。对于凸问题,在一定条件下KKT条件也是充分的。
详细解释
- 问题形式: s.t. 。
- KKT条件: 如果 是一个局部最优解,并且在 处满足某种约束品性(Constraint Qualification, 如LICQ),那么一定存在拉格朗日乘子 和 使得以下四个条件成立:
- 稳定性 (Stationarity): 。(拉格朗日函数对 的梯度为零)
- 原始可行性 (Primal Feasibility): 。( 是可行解)
- 对偶可行性 (Dual Feasibility): 。
- 互补松弛性 (Complementary Slackness): 。
- 互补松弛性的含义: 如果一个不等式约束在最优解处没有被“激活”(即 ),那么它对应的拉格朗日乘子必须为零()。反之,如果一个乘子为正(),那么对应的约束必须被“激活”()。
学习要点
- 熟记KKT条件的四个组成部分:稳定性、原始可行性、对偶可行性、互补松弛性。
- 理解KKT条件是约束问题最优解的必要条件。
- 理解互补松弛性的直观含义。
- 知道对于凸问题,KKT条件也成为充分条件。
实践应用
- 理论分析: KKT条件是分析约束优化问题性质的理论基石。
- 算法设计: 许多算法(如内点法、SQP)的设计目标就是去寻找满足KKT条件的点。
关联知识点
- 前置知识: 51-理论方法-无约束可微问题最优性条件, 53-理论方法-对偶理论
- 后续知识: 55-理论方法-带约束凸优化问题最优性条件, 65-理论方法-增广拉格朗日函数法
- 相关知识: 无