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@@ -103,8 +103,7 @@ $$
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\left\{x\ \middle|\ a^\TT (x - x_0) \leqslant 0 \right\}
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其中 $x_0$ 是相应超平面上的任意一点,即 $x_0$ 满足 $a^\TT x_0 = b$。上式有一个简单的几何解释:半空间由 $x_0$ 加上任意与(向外的法)向量 $a$ 呈钝角(或直角)的向量组
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成,如[图 8](#图8) 所示。
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其中 $x_0$ 是相应超平面上的任意一点,即 $x_0$ 满足 $a^\TT x_0 = b$。上式有一个简单的几何解释:半空间由 $x_0$ 加上任意与(向外的法)向量 $a$ 呈钝角(或直角)的向量组成,如[图 8](#图8) 所示。
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<a id="图8"></a>
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@@ -114,13 +113,13 @@ $$
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# 2. Euclid球和椭球
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  $\bfR^n$ 中的空间 Euclid 球(*(Euclidean) ball*)(或简称为球)具有下面的形式:
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  $\bfR^n$ 中的空间 **Euclid 球**(*(Euclidean) ball*)(或简称为球)具有下面的形式:
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B(x_c,r) = \left\{x\ \middle|\ \left\| x - x_c \right\|_2 \leqslant r \right\} = \left\{ x\ \middle|\ (x-x_c)^\TT(x-x_c) \leqslant r^2 \right\}
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其中 $r > O$, $\| \cdot \|_2$ 表示 Euclid 范数,即 $\|u\|_2 = (u^\TT u)^{1/2}$。向量 $x_r$ 是**球心**(*center*),标量 $r$ 为半径。$B (x_c, r)$ 由距离球心 $x_r$ 距离不超过 $r$ 的所有点组成。 Euclid 球的另一个常见的表达式为:
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其中 $r > 0$, $\| \cdot \|_2$ 表示 Euclid 范数,即 $\|u\|_2 = (u^\TT u)^{1/2}$。向量 $x_r$ 是**球心**(*center*),标量 $r$ 为**半径**(*radius*)。$B (x_c, r)$ 由距离球心 $x_r$ 距离不超过 $r$ 的所有点组成。 Euclid 球的另一个常见的表达式为:
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B(x_c,r) = \left\{ x_c + ru\ \middle|\ \|u\|_2 \leqslant 1 \right\}
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@@ -163,7 +162,7 @@ $$\begin{equation}\label{ellipsoid-2}
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  设 $\| \cdot \|$ 是 $\bfR^n$ 中的范数。由范数的一般性质可知,以 $r$ 为半径,$x_c$ 为球心的**范数球**(*norm ball*) $\left\{ x\ \middle|\ \|x-x_c\| \leqslant r \right\}$ 是凸的。关于范数 $\| \cdot \|$ 的**范数锥**(*norm cone*)是集合
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C = \left\{ (x,t) | \|t\| \leqslant t \right\} \subseteq \bfR^{n+1}
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C = \left\{ (x,t)\ \middle|\ \|x\| \leqslant t \right\} \subseteq \bfR^{n+1}
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顾名思义,它是一个凸锥。
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@@ -198,7 +197,7 @@ $$\begin{equation}\label{polyhedron-1}
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\P = \left\{ x\ \middle|\ a_j^\TT x \leqslant b_j,\ j = 1,\cdots,m,\ c_j^\TT x = d_j,\ j = 1,\cdots,p\right\}
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\end{equation}$$
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因此,多面体是有限个半空间和超平面的交集。仿射集合(例如子空间、超平面、直线)、射线、线段和半空间都是多面体。显而易见,多面体是凸集。有界的多面体有时也称为**多胞形**(*polytope*),但也有一些作者反过来使用这两个概念(即用多胞形表示具有 $eqref{polyhedron}$ 形式的集合,而当其有界时称为多面体)。[图 11](#图11) 显示了一个由五个半空间的交集定义的多面体。
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因此,多面体是有限个半空间和超平面的交集。仿射集合(例如子空间、超平面、直线)、射线、线段和半空间都是多面体。显而易见,多面体是凸集。有界的多面体有时也称为**多胞形**(*polytope*),但也有一些作者反过来使用这两个概念(即用多胞形表示具有 $\eqref{polyhedron-1}$ 形式的集合,而当其有界时称为多面体)。[图 11](#图11) 显示了一个由五个半空间的交集定义的多面体。
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<a id="图11"></a>
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@@ -240,15 +239,15 @@ $$\begin{equation}\label{simplex}
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其中 $\mathbf{1}$ 表示所有分量均为 $1$ 的向量。这个单纯形的仿射维数为 $k$,因此也称为 $\bfR^n$ 空间的 $k$ 维单纯形。
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> **举例** **一些常见的单纯形。** 1 维单纯形是一条线段;2 维单纯形是一个三角形(包含其内部); 3 维单纯形是一个四面体。
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> **举例** **一些常见的单纯形**。1 维单纯形是一条线段;2 维单纯形是一个三角形(包含其内部); 3 维单纯形是一个四面体。
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> **单位单纯形**(*unit simplex*)是由零向量和单位向量 $\mathbf{0}, e_1,\cdots, e_n \in \bfR^n$ 决定的 $n$ 维单纯形。它可以表示为满足下列条件的向量的集合,
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> **单位单纯形**(*unit simplex*)是由零向量和单位向量 $\mathbf{0}, e_1,\cdots, e_n \in \bfR^n$ 决定的 $n$ 维单纯形。它可以表示为满足下列条件的向量的集合:
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> $$
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> x \succeq 0,\qquad \mathbf{1}^\TT x\leqslant 1
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> $$
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> **概率单纯形**(*probability simplex*)是由单位向量 $e_1,\cdots, e_n \in \bfR^n$ 决定的 $n — 1$ 维单纯形。它是满足下列条件的向量的集合,
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> **概率单纯形**(*probability simplex*)是由单位向量 $e_1,\cdots, e_n \in \bfR^n$ 决定的 $n - 1$ 维单纯形。它是满足下列条件的向量的集合:
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> $$
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> x \succeq 0,\qquad \mathbf{1}^\TT x= 1
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@@ -256,7 +255,7 @@ $$\begin{equation}\label{simplex}
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> 概率单纯形中的向量对应于含有 $n$ 个元素的集合的概率分布,$x_i$ 可理解为第 $i$ 个元素的概率。
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为用多面体来描述单纯形 $\eqref{simplex}$,我们采用以下步骤将其变换为 $\eqref{polyhedron-2}$ 的形式。由定义可知,$x\in C$ 的充要条件是,对于某些 $\theta\succeq 0, \mathbf{1}^\TT\theta=1$, 有 $x = \theta_0 v_0 + \theta_1 v_1 + \cdots + \theta_k v_k$。等价地,如果定义 $y = (\theta_1,\cdots,\theta_k)$ 和
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  为了用多面体来描述单纯形 $\eqref{simplex}$,采用以下步骤将其变换为 $\eqref{polyhedron-2}$ 的形式。由定义可知,$x\in C$ 的充要条件是,对于某些 $\theta\succeq 0, \mathbf{1}^\TT\theta=1$, 有 $x = \theta_0 v_0 + \theta_1 v_1 + \cdots + \theta_k v_k$。等价地,如果定义 $y = (\theta_1,\cdots,\theta_k)$ 和
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B = \left[ \begin{array}{c}
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@@ -264,7 +263,7 @@ B = \left[ \begin{array}{c}
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\end{array} \right] \in \bfR ^{n\times k}
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我们知道 $x\in C$ 的充要条件是
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则 $x\in C$ 的充要条件是
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$$\begin{equation}\label{IFFCondition}
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x = v_0 + By
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@@ -287,7 +286,7 @@ $$
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A_1 x = A_1 v_0 + y,\qquad A_2 x = A_2 v_0
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从中可以看出,$x\in C$ 当且仅当 $A_2 x = A_2 v_0$ 并且向量 $y = A_1 v_0 - A_1 x$ 满足 $y\succeq 0$ 和 $\mathbf{1}^\TT y \leqslant 1$。换言之得到了 $x\in C$ 的充要条件,
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从中可以看出,$x\in C$ 当且仅当 $A_2 x = A_2 v_0$ 并且向量 $y = A_1 x - A_1 v_0$ 满足 $y\succeq 0$ 和 $\mathbf{1}^\TT y \leqslant 1$。换言之得到了 $x\in C$ 的充要条件,
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A_2 x = A_2 v_0, \qquad A_1 x \succeq A_1 v_0, \qquad \mathbf{1}^\TT A_1 x \leqslant 1 + \mathbf{1}^\TT A_1 v_0
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@@ -79,8 +79,7 @@ $$
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# 2. 仿射函数
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  函数 $f: \bfR^n \to \bfR^m$ 是**仿射**(*affine*)的,如果它是一个线性函数和一个常数的和,即具有 $f(x) = Ax+ b$ 的形式,其中 $A \in \bfR^{m\times n}$,$b \in \bfR^m$。假设 $S \subseteq \bfR^n$ 是凸的,并且
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$f: \bfR^n \to \bfR^m$ 是仿射函数。那么,$S$ 在 f$ 下的象
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  函数 $f: \bfR^n \to \bfR^m$ 是**仿射**(*affine*)的,如果它是一个线性函数和一个常数的和,即具有 $f(x) = Ax+ b$ 的形式,其中 $A \in \bfR^{m\times n}$,$b \in \bfR^m$。假设 $S \subseteq \bfR^n$ 是凸的,并且 $f: \bfR^n \to \bfR^m$ 是仿射函数。那么,$S$ 在 f$ 下的象
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f(S) = \left\{ f(x)\ \middle|\ x\in S \right\}
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Reference in New Issue
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