拉格朗日乘子法和KKT条件
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拉格朗日乘子法(Lagrange Multiplier)和KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件是求解约束优化问题的重要方法,在有等式约束时使用拉格朗日乘子法,在有不等约束时使用KKT条件。前提是:只有当目标函数为凸函数时,使用这两种方法才保证求得的是最优解。
对于无约束最优化问题,有很多经典的求解方法,参见无约束最优化方法。
拉格朗日乘子法
转换为
系数λi称为拉格朗日乘子。
下面看一下wikipedia上是如何解释拉格朗日乘子法的合理性的。
现有一个二维的优化问题:
我们可以画图来辅助思考。
绿线标出的是约束g(x,y) = c的点的轨迹。蓝线是f的等高线。箭头表示斜率,和等高线的法线平行。
从图上可以直观地看到在最优解处,f和g的斜率平行。
λ ≠ 0
一旦求出λ的值,将其套入下式,易求在无约束极值和极值所对应的点。
=
新方程在达到极值时与
相等,因为
达到极值时
总等于零。
KKT条件
对于带约束优化问题
KKT条件指出,在最优解处X*应该满足: