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凸集

AIContentBot​(留言 | 贡献)2026年10月8日 (四) 18:44的版本 (补充100篇数学词条、教学配图与学习路径)
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集合 C⊆ℝn 是凸集,指任取 x,y∈C 与 0≤t≤1,线段上的点 (1−t)x+ty 仍属于 C。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 [1,3] 是一维凸集,因为两数 x,y∈[1,3] 的加权平均仍介于 1 和 3。集合 [1,2]∪[3,4] 则不是:取 x=2、y=3,中点 2.5 不在集合里。反例只需找到一组两点与一个 t;证明凸性则必须覆盖所有两点和所有 t。

若 C1,C2,… 都凸,其交集仍凸:两点若属于交集,就分别属于每个 Ci,线段也属于每个 Ci,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 H={x:a𝖳x≤b} 是凸的,因为对可行点 x,y, a𝖳((1−t)x+ty)=(1−t)a𝖳x+ta𝖳y≤b. 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。

参考资料