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广义凸多目标规划的最优性

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苏紫洋, 王荣波. 广义凸多目标规划的最优性[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2021, 46(11): 1-7. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2021.11.001
引用本文: 苏紫洋, 王荣波. 广义凸多目标规划的最优性[J]. 西南师范大学学报(自然科学版), 2021, 46(11): 1-7. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2021.11.001
SU Ziyang, WANG Rongbo. On Optimality of Generalized Convex Multi-objective Programming[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2021, 46(11): 1-7. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2021.11.001
Citation: SU Ziyang, WANG Rongbo. On Optimality of Generalized Convex Multi-objective Programming[J]. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2021, 46(11): 1-7. doi: 10.13718/j.cnki.xsxb.2021.11.001

广义凸多目标规划的最优性

  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(61861044);延安大学校级科研项目(YDY2019-17);延安大学校级创新项目(YCX2020102)
详细信息
    作者简介:

    苏紫洋,硕士研究生,主要从事最优化理论、方法与应用 .

    通讯作者: 王荣波,副教授
  • 中图分类号: O221.2

On Optimality of Generalized Convex Multi-objective Programming

  • 摘要: 借助Clarke广义梯度以及凸泛函的相关性质,给出了一些新的广义凸函数:广义(Cα)-I型凸函数、广义严格拟(Cα)-I型凸函数以及广义严格拟伪(Cα)-I型凸函数. 在新的广义凸性下,得到了一类多目标规划问题的若干最优性充分条件.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-21
  • 刊出日期:  2021-11-20

广义凸多目标规划的最优性

    通讯作者: 王荣波,副教授
    作者简介: 苏紫洋,硕士研究生,主要从事最优化理论、方法与应用
  • 延安大学 数学与计算机科学学院,陕西 延安 716000
基金项目:  国家自然科学基金项目(61861044);延安大学校级科研项目(YDY2019-17);延安大学校级创新项目(YCX2020102)

摘要: 借助Clarke广义梯度以及凸泛函的相关性质,给出了一些新的广义凸函数:广义(Cα)-I型凸函数、广义严格拟(Cα)-I型凸函数以及广义严格拟伪(Cα)-I型凸函数. 在新的广义凸性下,得到了一类多目标规划问题的若干最优性充分条件.

English Abstract

  • 对于最优化领域中的多目标最优化问题的研究近些年来是一个焦点,且取得了很大成果,许多学者将凸函数进行了推广,得到了广义凸函数类. 文献[1-3]先提出了(Cαρd)-凸函数,接着定义了广义(Cαρd)型广义凸函数;文献[4]给出了B-(Cα)-I型广义凸函数,并给出了B-(Cα)-I型一系列广义凸函数的定义和最优性条件;文献[5]定义了(Vη)-I型对称不变凸函数.

    本文在文献[4-5]的基础上引入了一类带有支撑函数的广义(Cα)-I型凸函数,利用Clarke广义梯度并在新广义凸性的情况下,对一类多目标规划问题进行了讨论和研究,并得出了若干个最优性结果.

  • 考虑下面多目标优化问题

    其中:X${{\mathbb{R}}^{n}}$上的非空开集;令K={1,2,…,k},M={1,2,…,m},fi(x):X$\mathbb{R}$iKgj(x):X$\mathbb{R}$jMfi(x)和gj(x)皆为x0X处局部Lipschitz函数;CiDj${{\mathbb{R}}^{n}}$中对于每一个iKjM的紧凸集.

    对于∀xy${{\mathbb{R}}^{n}}$x$\leqq $y$\Leftrightarrow $xi$\leqq $yixy$\Leftrightarrow $xi$\leqq $yi,但xyx < y$\Leftrightarrow $xi<yii=1,…,n.

    X0={xX|gj(x)+s(x|Dj)$\leqq $0,jM}为MVP的可行解集.

    J(x0)={j|gj(x0)+s(x0|Dj)=0},其中s(x|Ci)和s(x|Dj)表示在X上的支撑函数,其定义如下:

    本文采用如下符号:

    定义1 [6]  设X${{\mathbb{R}}^{n}}$中的开集,函数fX${{\mathbb{R}}^{n}}$xX上是局部Lipschitz的,若

    存在,则称此极限为函数fx处沿方向d的Clarke广义方向导数,记作

    并记fx处沿方向d的Clarke广义次梯度为

    定义2 [7]  (弱有效解)设x*X0,如果不存在xX0,使得

    则称x*是MVP的弱有效解.

    定义3 [4]  (凸泛函线性定义)设X${{\mathbb{R}}^{n}}$中的开集,若对任意固定的(xy)∈${{\mathbb{R}}^{n}}$×${{\mathbb{R}}^{n}}$,∀λ∈(0,1),∀z1z2${{\mathbb{R}}^{n}}$,有

    则称函数CX×X×${{\mathbb{R}}^{n}}$$\mathbb{R}$${{\mathbb{R}}^{n}}$上是关于第3个变量的凸泛函.

    性质1 [4]  CX×X×${{\mathbb{R}}^{n}}$$\mathbb{R}$${{\mathbb{R}}^{n}}$上是关于第3个变量的凸泛函,则对∀λi∈(0,1),$\sum\limits_{i=1}^{n}{{{\lambda }_{i}}}=1$,∀zi${{\mathbb{R}}^{n}}$,有$C\left(\boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}; \sum\limits_{i=1}^{n} \lambda_{i} z_{i}\right) \leqslant \sum\limits_{i=1}^{n} \lambda_{i} C\left(\boldsymbol{x}, \boldsymbol{y}; \boldsymbol{z}_{i}\right)$.

    注1   特殊地,若λ=0,则C(xyλz)=0,z${{\mathbb{R}}^{n}}$.

    定义4  如果存在aibjα,使得

    成立,则称(fi(x)+xTωigj(x)+xTυj)在xX处是广义(Cα)-I型凸函数.

    注2   上述定义中,如果α(xu)=1,C[xuy]=yη(xu),ξi换成fis(u),ζj换成gjs(u)就能够得到文献[5]中相应的不变凸函数.

    定义5  如果存在aibjα,使得

    成立,则称(fi(x)+xTωigj(x)+xTυj)在uX处是广义严格拟(Cα)-I型凸函数.

    定义6   如果存在aibjα,使得

    称(fi(x)+xTωigj(x)+xTυj)在uX处是广义严格伪拟(Cα)-I型凸函数.

  • 定理1   假设x0X,如果满足下列条件

    (Ⅰ) (fi(x)+xTωigj(x)+xTυj)在x0X处是广义(Cα)-I型凸函数.

    (Ⅱ) 存在λ=(λ1λ2,…,λk)≥0,μ=(μ1μ2,…μm)$\geqq $0,使得

    a) $0=\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i}\left(\xi_{i}+\boldsymbol{\omega}_{i}\right)+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j}\left(\zeta_{j}+\boldsymbol{v}_{i}\right), \exists \xi_{i} \in \partial f_{i}\left(\boldsymbol{x}_{0}\right), \exists \zeta_{j} \in \partial g_{j}\left(\boldsymbol{x}_{0}\right)$

    b) $\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j}\left(g_{j}(\boldsymbol{x})+\boldsymbol{x}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{v}_{j}\right)=0$

    (Ⅲ) $a_{i}\left(\overline{\boldsymbol{x}}, \boldsymbol{x}_{0}\right)>0, b_{j}\left(\overline{\boldsymbol{x}}, \boldsymbol{x}_{0}\right)>0$

    (Ⅳ) $\left(\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i} \rho_{i}+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j} \tau_{j}\right)\left\|\theta\left(\overline{\boldsymbol{x}}, \boldsymbol{x}_{0}\right)\right\|^{\sigma} \geqq 0$.

    x0是MVP的弱有效解.

      假设x0不是MVP的弱有效解,则存在xX0使得

    由(7)式得

    则有

    由条件(Ⅲ)可知

    由条件(Ⅰ)可知

    由(9)式知

    也即

    jJ(x0)时

    也即

    由条件(Ⅰ)知

    jJ(x0)时,由b)知μj=0,根据(11)式得

    等价于

    将(10)式和(12)式相加并结合条件(Ⅳ)得

    ${\mathit{\Gamma}}=\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i}+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j}$,由定义3以及性质1得

    由a)得

    这与(13)式矛盾.

    x0是MVP的弱有效解.

    定理2   假设x0X,如果满足下列条件

    (Ⅰ) (fi(x)+xTωigj(x)+xTυj)在x0X处是广义严格拟(Cα)-I型凸函数.

    (Ⅱ) 存在λ=(λ1λ2,…,λk)≥0,μ=(μ1μ2,…μm)$\geqq $0,使得下列条件成立:

    a) $0=\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i}\left(\xi_{i}+\boldsymbol{\omega}_{i}\right)+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j}\left(\zeta_{j}+\boldsymbol{v}_{i}\right), \exists \xi_{i} \in \partial f_{i}\left(\boldsymbol{x}_{0}\right), \exists \zeta_{j} \in \partial g_{j}\left(\boldsymbol{x}_{0}\right)$

    b) $\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j}\left(g_{j}(\boldsymbol{x})+\boldsymbol{x}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{v}_{j}\right)=0$

    (Ⅲ) $a_{i}\left(\overline{\boldsymbol{x}}, \boldsymbol{x}_{0}\right)>0, b_{j}\left(\overline{\boldsymbol{x}}, \boldsymbol{x}_{0}\right)>0$

    (Ⅳ) $\left(\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i} \rho_{i}+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j} \tau_{j}\right)\left\|\theta\left(\overline{\boldsymbol{x}}, \boldsymbol{x}_{0}\right)\right\| \sigma \geqq 0$.

    x0是MVP的弱有效解.

      假设x0不是MVP的弱有效解,则存在xX0使得

    由(14)式得

    则有

    由条件(Ⅲ)可知

    由(16)式和条件(Ⅰ)可得

    也即

    jJ(x0)时,gj(x0)+x0Tυj=gj(x0)+s(x0|Dj)=0,即

    由条件(Ⅰ)知

    jJ(x0)时,由b)知μj=0,根据(18)式得

    等价于

    将(17)式和(19)式相加并结合(Ⅳ)得

    ${\mathit{\Gamma}}=\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i}+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j}$,由定义3以及性质1得

    由a)得

    这与(20)式矛盾,则x0是MVP的弱有效解.

    定理3   假设x0X,如果满足下列条件

    (Ⅰ) (fi(x)+xTωigj(x)+xTυj)在x0X处是广义严格伪拟(Cα)-I型凸函数.

    (Ⅱ) 存在λ=(λ1λ2,…,λk)≥0,μ=(μ1μ2,…μm)$\geqq $0,使得下列条件成立:

    a) $0=\sum\limits_{i=1}^{k}{{{\lambda }_{i}}}\left({{\xi }_{i}}+{{\mathrm{ }\!\!\omega\!\!\text{ }}_{i}} \right)+\sum\limits_{j=1}^{m}{{{\mu }_{j}}}\left({{\zeta }_{j}}+{{\mathrm{v}}_{i}} \right), \exists {{\xi }_{i}}\in \partial {{f}_{i}}\left({{x}_{0}} \right), \exists {{\zeta }_{j}}\in \partial {{g}_{j}}\left({{\mathrm{x}}_{0}} \right)$

    b) $\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j}\left(g_{j}(\boldsymbol{x})+\boldsymbol{x}^{\mathrm{T}} \boldsymbol{v}_{j}\right)=0$

    (Ⅲ) $a_{i}\left(\overline{\boldsymbol{x}}, \boldsymbol{x}_{0}\right)>0, b_{j}\left(\overline{\boldsymbol{x}}, \boldsymbol{x}_{0}\right)>0$

    (Ⅳ) $\left(\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i} \rho_{i}+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j} \tau_{j}\right)\left\|\theta\left(\overline{\boldsymbol{x}}, \boldsymbol{x}_{0}\right)\right\|^{\sigma} \geqq 0$.

    x0是MVP的弱有效解.

      假设x0不是MVP的弱有效解,则存在xX0使得,

    由(21)式得fi(x0)+x0Tωi=fi(x0)+s(x0|Ci)>fi(x)+s(x|Ci)=fi(x)+xTωi,则fi(x)+xTωi-(fi(x0)+x0Tωi) < 0.

    由条件(Ⅲ)可知

    由(23)式和条件(Ⅰ)可得C[xx0α(xx0)(ξi+ωi)]+ρiθ(xx0)‖σ < 0,即

    jJ(x0)时,gj(x0)+x0Tυj=gj(x0)+s(x0|Dj)=0,即-(gj(x0)+x0Tυj)=0,jJ(x0),-bj(xx0)[gj(x0)+x0Tυj]=0,jJ(x0).

    由条件(Ⅰ)知

    jJ(x0)时,由b)知μj=0,根据(25)式得,

    等价于

    将(24)式和(26)式相加并结合条件(Ⅳ)得

    ${\mathit{\Gamma}}=\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i}+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j}$,由定义3以及性质1得

    由a)得

    这与(27)式矛盾,则x0是MVP的弱有效解.

参考文献 (10)

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