凸集
集合 是凸集,指任取 与 ,线段上的点 仍属于 。圆盘、矩形、半空间都是凸集;月牙形区域通常不是,因为连接两点的线段可能穿出区域。
一条线段检验定义
区间 是一维凸集,因为两数 的加权平均仍介于 1 和 3。集合 则不是:取 、,中点 2.5 不在集合里。反例只需找到一组两点与一个 ;证明凸性则必须覆盖所有两点和所有 。
若 都凸,其交集仍凸:两点若属于交集,就分别属于每个 ,线段也属于每个 ,所以仍在交集中。并集却未必凸,上述两个分开的区间便是反例。
线性约束形成凸集
半空间 是凸的,因为对可行点 , 多个线性不等式的可行域是半空间的交,因此也是凸集。这是线性规划容易建立全局最优理论的几何原因之一;但仅有可行域凸,不保证任意目标函数都容易优化,仍要看凸函数条件。