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拉格朗日对偶

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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带约束的最小化问题不只可以从“可行点”看,也可以从“下界”看。对 minxf0(x)使 fi(x)≤0,hj(x)=0, 定义拉格朗日函数 L(x,λ,ν)=f0(x)+∑iλifi(x)+∑jνjhj(x),其中不等式乘子 λi≥0。对偶函数是 g(λ,ν)=infxL(x,λ,ν)。

下界从哪里来

若 x 可行,则 fi(x)≤0、hj(x)=0,故 L(x,λ,ν)≤f0(x)。又有 g(λ,ν)≤L(x,λ,ν),所以每个非负乘子给原最优值一个下界。把下界尽量抬高,就是对偶问题 maxλ≥0,νg(λ,ν)。这一弱对偶结论不要求原问题凸。

一个可算的下界

最小化 x2,约束 x≥1,即 1−x≤0。原最优点是 x∗=1,最优值为 1。拉格朗日函数 L(x,λ)=x2+λ(1−x),对 x 配方: g(λ)=infxL(x,λ)=λ−λ24,λ≥0. 此抛物线在 λ=2 达到最大值 1,恰与原最优值相等。对一般问题,原最优值与对偶最优值之间可能有对偶间隙;凸性及约束资格条件(如 Slater 条件)可保证强对偶,不能仅凭写出乘子就认定二者相等。

参考资料