拉格朗日乘子法几何意义?谢邀:今晚太累了,先整理这么多,后期我会对其修改,在求解最优化问题中,拉格朗日乘子法(Lagrange Multiplier)和KKT(Karush Kuhn Tucker)条件是两种最常用的方法
拉格朗日乘子法几何意义?
谢邀:今晚太累了,先整理这么多,后期我会对其修改,在求解最优化问题中,拉格朗日乘子法(Lagrange Multiplier)和KKT(Karush Kuhn Tucker)条件是两种最常用的方法。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。
我们这里提到的最优化问题通常是指对于给定的某一函数,求其在指定作用域上的全局最小值#28因为最小值(pinyin:zhí)与最大值可{kě}以很容易转化,即最大值问题可以转化成最小值问题#29。提到KKT条件一般会附带的提一下拉格朗日乘子。对学过高等数学的人来说比较拉格朗日乘子应该会《繁体:會》有些印象。二者均是求解最优【pinyin:yōu】化问题的方法,不同之处在于应用的情形不同。
一般情况下[练:xià],最优化问题会碰到一下三种情况:
(1)无约束条(繁体:條)件
这是最简单的情况,解决方法通常是函数对变量求导,令(pinyin:lìng)求导函数等于0的点可能是极值点。将结《繁:結》果带回《繁体:迴》原函数进行验证即可。
(2)等式{shì}约束条件
设(繁体:設)目标函数为f#28x#29,约束条件为h_k#28x#29,形如:
s.t. 表示澳门巴黎人subject to ,“受限于”的意思,l表示有l个约束条件{练:jiàn}。
则解决方法是消元法或者拉格朗日法。消元法比较简单不在赘述,这里主要讲拉格朗日法,因为后面提[拼音:tí]到{练:dào}的KKT条件是对(duì)拉格朗日乘子法的一种泛化。
例(lì)如给定椭球:
求这个澳门银河椭球的内接长方体的最大体积。这个问(繁:問)题实际上就是条件极值问题,即在条件 下,求的最大值。
当然这个问题实际可以先根据条件消去 z #28消元法#29,然后带入转化为无条件极值问题来处理。但是有时[繁:時]候这样做(pinyin:zuò)很困难,甚至是做不到的,这时候就需要用拉格朗日乘数法了。
首先《xiān》定义拉格朗日函数F#28x#29:
( 其中λk是各(pinyin:gè)个约束条《繁:條》件的待定系[繁:係]数。)
然后解变量的偏导《繁体:導》方程:
......
如果有l个约束条件,就《读:jiù》应该有l 1个方程。求出的方程组的解就可能是最优化值(高等数学中提到的极值),将结果带回原方程验证就可得到解(拼音:jiě)。
回到上面的题目,通过拉格朗日乘数法【pinyin:fǎ】将问题转化为
对
求偏导世界杯得到dào
联立前面{练:miàn}三个方程得到和,带入第四个方程解之
带入解得最大{dà}体积为:
至于为什(shén)么这么做可以求解最优《繁体:優》化?维基百科上给出了一个比较好的直观解释。
举个澳门银河二维最优化的例子(读:zi):
min f#28x,y#29
这里画出z=f#28x,y#29的《拼音:de》等高线(函数登高线定义见百度百科):
绿线标出的是约束g#28x,y#29=c的点的轨迹。蓝线是f#28x,y#29的等高线。箭头表示斜率,和等高线的法{练:fǎ}线平行。从梯度(pinyin:dù)的方向上来看,显然有d1
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拉格朗日乘子法例题高[pinyin:gāo]中数学 拉格朗日乘子法几何意义?转载请注明出处来源