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向量优化问题研究是运筹与优化研究领域中十分重要的研究方向.在向量优化问题研究中,基于序锥而定义的各类解概念及其性质具有十分重要的作用,其中有效解和弱有效解是最基本的两类解概念.近年来,一些学者为了对有效解与弱有效解进行限制而提出了向量优化问题各类真有效解的概念.特别地,文献[1]定义了超有效性概念.超有效性统一了很多已知的真有效性概念,并具有非常漂亮的一些性质.文献[2]将超有效性概念从赋范线性空间推广到了一般实局部凸拓扑向量空间,并讨论了超有效点与其它真有效点之间的一些关系.
最近,基于文献[3]中提出的改进集,对向量优化问题的近似解定义及其性质开展了一系列研究[4-6].值得注意的是改进集是在统一框架下研究向量优化问题精确与近似解及其性质的重要工具.特别地,文献[7]利用改进集提出了一类统一的真有效性—E-超有效性,并在邻近E-次似凸性假设条件下建立了这类统一解的线性标量化定理和拉格朗日乘子定理等. E-超有效性包含了经典的超有效性作为其特例,统一了很多已知的真有效性和近似真有效性概念.受文献[6-8]的启发,本文主要利用文献[8]中思想,在局部凸拓扑向量空间中,基于邻近E-次似凸性假设建立了E-超有效性的一些最优性必要条件和最优性充分条件.
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假定Y是实局部凸拓扑向量空间,Y*是Y的拓扑对偶空间. ℝn表示n维欧式空间,ℝ+n表示ℝn中的非负象限锥. K为Y中的点闭凸锥.设A⊆Y,int A,cl A,cone A分别表示集合A的拓扑内部、拓扑闭包和锥包. A⊆Y的对偶锥定义为
定义1[3] 设非空集合E⊆Y.若E满足0∉E且E+K=E,则称E是关于K的改进集. Y中的改进集全体记为
$\mathscr{F}_Y$ .定义2[4] 设E⊆Y为改进集.称A⊆Y是邻近E-次似凸的,若cl(cone(A+E))是凸集.
定义3[7] 设E⊆Y为改进集且A⊆Y.称y∈A为A的E-超有效点,记作y∈SE(A,E),若对任意V∈N(0),存在U∈N(0)使得
例1 令Y=ℝ2,K=ℝ+2,E={(x1,x2):x1+x2≥1,x1≥0,x2≥0}且
显然E关于K是改进集且
对任意V∈N(0),只要U∈N(0)足够小,则有cl(cone(A+E))∩(U-K)⊆V.于是可得0∈SE(A,E).
注1 y∈SE(A,E)当且仅当对任意V∈N(0),存在U∈N(0)使得
文献[7]指出了E-超有效性与文献[6]中提出的E-Benson真有效性之间的关系.
注2 若y∈SE(A,E),则y∈BE(A,E),其中BE(A,E)表示A的E-Benson真有效点全体.
注3 若E=K\{0},则定义3与文献[2]中提出的超有效点概念一致.
引理1[9] A⊆Y有界当且仅当对任意的f∈Y*,均有sup{|f(x)|:y∈A}<+∞.
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定理1 设A⊆Y,E∈
$\mathscr{F}_Y$ 且y∈SE(A,E).若A-y是邻近E-次似凸的,则证 对于f∈Y*,由f在0点连续可知,存在V∈N(0)使得
对上述V,根据定义3可得,存在凸对称零邻域U∈N(0)且U⊆V使得
令Z=Y×Y×ℝ,定义Z中的子集如下:
其中Uξ∈N(0)是凸对称的零邻域且Uξ+Uξ⊆U.由A-y的邻近E-次似凸性可知cl(cone(A+E-y))是凸集,即Q是凸锥.此外,易得S是Z的线性子空间,W是凸对称吸收集.
若u,v∈Uξ满足y+u∈cl(cone(A+E-y))且v-y∈K,则y∈-u+cl(cone(A+E-y)),y∈v-K.于是,存在d∈cl(cone(A+E-y)),k∈K使得y=-u+d=v-k,即
因为u+v∈Uξ+Uξ⊆U,所以有
由(2)式可得y+u∈V.再由(1)式可得|f(y+u)|<1.从而由u∈Uξ⊆V有
于是,可得下式成立
否则,存在(y,-y,-f(y))∈S,(u,v,λ)∈W满足
于是有y+u∈cl(cone(A+E-y)),-y+v∈K且
此外,由(3)式和|λ|<2可得
这与(5)式矛盾.因此,(4)式成立.由于(0,0,0)∈intW,则
此外,Q和(S+W-(0,0,4))显然是凸集,故存在0≠φ∈Z*使得
根据Q是锥,可得φ∈Q*且φ(γ)≤0,∀γ∈(S+W-(0,0,4)).由于φ≠0,故存在点w∈W使得φ(w)>0,于是φ(0,0,4)>0.不妨设φ(0,0,1)=1.由此可得supφ(S)≤4且因φ(S)有上界,故有φ(S)={0}.令
于是
由φ(q)≥0,∀q∈Q得
由于
故有
即
注4 若A为凸集且E=K\{0},则定理1退化为文献[8]中的定理2.1.事实上,根据文献[10]中的命题4.1(ⅱ)可得
于是有
此外,
进而有
于是
由定理1得
则
因此
这就表明定理1退化到了文献[8]中的定理2.1.
定理2 设Y局部有界,A⊆Y,E∈
$\mathscr{F}_Y$ ,y∈A.若(A+E-y)*-K*=Y*,则y∈SE(A,E).证 由Y是实局部凸局部有界拓扑线性空间以及文献[8]可知,存在凸有界集U0∈N(0).此外,cone(A+E-y)∩(U0-K)是有界集.否则,存在网{tα(yα-eα-y)=uα-kα:α∈I}是无界集,其中
由{uα:α∈I}⊆U0,得{uα:α∈I}有界.进而可得{kα:α∈I}无界.根据引理1,存在f0∈Y*使得
不失一般性,假设f0(kα)→+∞.由于
则存在g∈(A+E-y)*和h∈K*使得f0=g-h.因此g=f0+h.由g∈(A+E-y)*及g在有界集U0上连续可得
矛盾.于是cone(A+E-y)∩(U0-K)有界.对任意V∈N(0),存在t>0使得
因此
从而由注1可知,y∈SE(A,E).
注5 定理2推广了文献[1]中的命题2.2,文献[8]中的定理2.2.事实上,若取E=K\{0},则根据注4可得
于是(A-y)*-K*=Y*.由定理2得y∈SE(A,E).根据注3有y就是文献[2]中定义的超有效点.于是,定理1退化为文献[8]中的定理2.2.
文献[8]中在锥是self-allied集的条件下获得了超有效性的最优性条件,其中A是self-allied集是指:A⊆Y,如果V∈N(0),存在U∈N(0)且U⊆V满足若x,y∈A且x+y∈U,则x,y∈U.
推论1 设Y局部有界,K⊆Y是self-allied闭凸点锥.若A⊆Y,y∈A且A-y是邻近E-次似凸的,则y∈SE(A,E)当且仅当对任意f∈K*,存在g∈K*使得g-f∈K*且
证 若y∈SE(A,E),根据定理1有
故对任意f∈K*,存在g∈(A+E-y)*和h∈Y*使得f=g-h.这表明g-f∈K*且g∈K*.因为g∈(A+E-y)*,故g(y+e-y)≥0,∀y∈A,e∈E.于是
反之,若对任意f∈K*,存在g∈K*使得g-f∈K*且
则有g∈(A+E-y)*且g-f=h∈K*.这表明
此外,因为Y是实局部凸局部有界拓扑线性空间,则由文献[9]中的定理9.3得,存在有界绝对凸零邻域U∈N(0)使得{(1/n)U:n∈ℕ}为Y的零邻域基.这意味着Y可度量.注意到K是self-allied集,则K*-K*=Y*[8].根据(6)式可得
因此,Y*=(A+E-y)-K*.由定理2可得y∈SE(A,E).
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