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二次规划

/quadratic programming; QP/
条目作者牟晨琪

牟晨琪

最后更新 2024-12-03
浏览 156
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一种如投资组合、线性约束最小二乘问题、分类问题中的线性支持向量机等特殊类型的最优化问题。

英文名称
quadratic programming; QP
所属学科
计算机科学技术

在过去的几十年里,二次规划已经成为运筹学、经济数学、管理科学、系统分析和组合优化科学的基本方法。

二次规划的一般形式为:


式中阶实方阵;为向量;为矩阵;为向量的转置;为向量的每个分量都不小于向量的相应分量。当时,二次规划(QP)就变成线性规划。如果是半正定矩阵,则(QP)是一个凸二次规划,在这种情况下该问题的困难程度类似于线性规划。如果有至少一个向量满足约束并且在可行域有下界,则凸二次规划问题就有一个全局最小值。如果是正定的,则这类二次规划为严格的凸二次规划,那么全局最小值就是唯一的。如果是一个不定矩阵,则(QP)为非凸二次规划,这类二次规划更有挑战性,因为它们有多个平稳点和局部极小值点。

1956年,法裔美国数学家M.弗兰克(Marguerite Frank,1927~ )和美国数学家P.沃尔夫(Philip Wolfe,1927~2016)提出了一个重要的关于(QP)解存在性定理,称为弗兰克-沃尔夫定理(Frank-Wolfe theorem):如果二次规划(QP)的目标函数在非空的可行域上有下界,那么(QP)一定有一个有限的全局最小值点。

现已经出现了很多求解二次规划问题的算法,如莱姆克(Lemke)方法、内点法、有效集法、共轭梯度法、梯度投影法等,并且现在仍有很多学者在从事这方面的研究工作。有许多软件包可以用来求解二次规划,如LINGO、MATLAB、CPLEX、CVX等。

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