57. Необхідні та достатні умови існування оптимального плану задачі опуклого програмування.

Опукле програмування розглядає методи розв’язування задач нелінійного програмування, математичні моделі яких містять опуклі або угнуті функції.

Загальний вигляд задачі опуклого програмування такий:

,(8.27)

, ;(8.28)

,(8.29)

де , – угнуті функції.

Аналогічний вигляд має задача для опуклих функцій.

Позначимо: , тоді , і маємо:

,(8.30)

;(8.31)

,(8.32)

де , – опуклі функції.

Оскільки ці задачі еквівалентні, то нижче розглянемо задачу (8.27)-(8.29).

Множина допустимих планів задачі, що визначається системою (8.28), є опуклою.

Як наслідок теорем 8.2 та 8.3 справджується таке твердження: точка локального максимуму (мінімуму) задачі опуклого програмування (8.27)-(8.29) є одночасно її глобальним максимумом (мінімумом).

Отже, якщо визначено точку локального екстремуму задачі опуклого програмування, то це означає, що знайдено точку глобального максимуму (мінімуму).

У разі обмежень-нерівностей задачу опуклого програмування розв’язують, застосовуючи метод множників Лагранжа.

Функція Лагранжа для задачі (8.27)-(8.29) має вид:

(8.33)

де – множники Лагранжа.

Використовуючи теорему Куна-Таккера, маємо необхідні та достатні умови існування оптимального плану задачі опуклого програмування.

Теорема 8.4. Якщо задано задачу нелінійного програмування виду (8.27)-(8.29), де функції диференційовні і вгнуті по Х, то для того, щоб вектор був розв’язком цієї задачі, необхідно і достатньо, щоб існував такий вектор , що пара ( , ) була б сідловою точкою функції Лагранжа, тобто щоб виконувалися умови:

(І) , ;(8.34)

(ІІ) , ;(8.35)

(ІІІ) , ;(8.36)

(IV) , .(8.37)

Для задачі мінімізації (8.30)-(8.32), де всі функції диференційовні і опуклі по Х, маємо умови, аналогічні вищенаведеним, але зі знаком «≥» в нерівностях (8.35) та (8.37).

58. Квадратична форма та її властивості.

Квадратична функція n змінних називається квадратичною формою і може бути подана у вигляді:

,

де , ,

,

причому матриця С завжди симетрична, тобто для всіх .

Квадратична форма Z(X) називається від’ємно означеною, якщо для всіх Х, крім Х=0, значення Z(X)<0 (якщо Z(X) ≤ 0, то маємо від’ємно напівозначену квадратичну форму), у протилежному разі Z(X) є додатно означеною (якщо Z(X) ≥ 0, то маємо додатно напівозначену квадратичну форму).

Квадратична форма Z(X) називається неозначеною, якщо вона додатна для одних значень Х і від’ємна для інших.

Вид квадратичної форми можна визначити, використовуючи

– вектор характеристичних коренів (власних значень) матриці С.

Вектор характеристичних коренів матриці С є вектором, кожна компонента якого задовольняє систему рівнянь виду . Система має ненульовий розв’язок, якщо . Таке рівняння називається характеристичним рівнянням матриці С і має коренів, які утворюють вектор :

.

Теорема 9.1. Для того, щоб довільна квадратична форма була додатно (від’ємно) означеною, необхідно і достатньо, щоб усі компоненти вектора характеристичних коренів були додатними (від’ємними) значеннями.

Якщо хоча б один із характеристичних коренів дорівнює нулю, то квадратична форма є напівдодатною (напіввід’ємною). Якщо корені мають різні знаки, то квадратична форма є неозначеною.