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 使得以下四个条件成立:
    1. 稳定性 (Stationarity): 。(拉格朗日函数对 的梯度为零)
    2. 原始可行性 (Primal Feasibility): 。( 是可行解)
    3. 对偶可行性 (Dual Feasibility):
    4. 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。

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