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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(C,α,ρ,d)-凸函数,接着定义了广义(C,α,ρ,d)型广义凸函数;文献[4]给出了B-(C,α)-I型广义凸函数,并给出了B-(C,α)-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(V,η)-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(C,α)-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.
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考虑下面多目标优化问题
其中:X为
${{\mathbb{R}}^{n}}$ 上的非空开集;令K={1,2,…,k},M={1,2,…,m},fi(x):X→$\mathbb{R}$ ,i∈K,gj(x):X→$\mathbb{R}$ ,j∈M,fi(x)和gj(x)皆为x0∈X处局部Lipschitz函数;Ci,Dj是${{\mathbb{R}}^{n}}$ 中对于每一个i∈K和j∈M的紧凸集.对于∀x,y∈
${{\mathbb{R}}^{n}}$ ,x$\leqq $ y$\Leftrightarrow $ xi$\leqq $ yi;x≤y$\Leftrightarrow $ xi$\leqq $ yi,但x≠y;x < y$\Leftrightarrow $ xi<yi,i=1,…,n.令X0={x∈X|gj(x)+s(x|Dj)
$\leqq $ 0,j∈M}为MVP的可行解集.令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是
${{\mathbb{R}}^{n}}$ 中的开集,函数f:X→${{\mathbb{R}}^{n}}$ 在x∈X上是局部Lipschitz的,若存在,则称此极限为函数f在x处沿方向d的Clarke广义方向导数,记作
并记f在x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x∈X0,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是
${{\mathbb{R}}^{n}}$ 中的开集,若对任意固定的(x,y)∈${{\mathbb{R}}^{n}}$ ×${{\mathbb{R}}^{n}}$ ,∀λ∈(0,1),∀z1,z2∈${{\mathbb{R}}^{n}}$ ,有则称函数C:X×X×
${{\mathbb{R}}^{n}}$ →$\mathbb{R}$ 在${{\mathbb{R}}^{n}}$ 上是关于第3个变量的凸泛函.性质1 [4] C:X×X×
${{\mathbb{R}}^{n}}$ →$\mathbb{R}$ 在${{\mathbb{R}}^{n}}$ 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(x,y;λz)=0,z∈
${{\mathbb{R}}^{n}}$ .定义4 如果存在ai,bj,α,使得
成立,则称(fi(x)+xTωi,gj(x)+xTυj)在x∈X处是广义(C,α)-I型凸函数.
注2 上述定义中,如果α(x,u)=1,C[x,u;y]=yη(x,u),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ai,bj,α,使得
成立,则称(fi(x)+xTωi,gj(x)+xTυj)在u∈X处是广义严格拟(C,α)-I型凸函数.
定义6 如果存在ai,bj,α,使得
称(fi(x)+xTωi,gj(x)+xTυj)在u∈X处是广义严格伪拟(C,α)-I型凸函数.
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定理1 假设x0∈X,如果满足下列条件
(Ⅰ) (fi(x)+xTωi,gj(x)+xTυj)在x0∈X处是广义(C,α)-I型凸函数.
(Ⅱ) 存在λ=(λ1,λ2,…,λk)≥0,μ=(μ1,μ2,…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)
$\left(\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i} \rho_{i}+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j} \tau_{j}\right)\left\|\theta\left(\overline{\boldsymbol{x}}, \boldsymbol{x}_{0}\right)\right\|^{\sigma} \geqq 0$ .则x0是MVP的弱有效解.
证 假设x0不是MVP的弱有效解,则存在x ∈X0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
当j∈J(x0)时
也即
由条件(Ⅰ)知
当j∉J(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
令
${\mathit{\Gamma}}=\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i}+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j}$ ,由定义3以及性质1得由a)得
这与(13)式矛盾.
故x0是MVP的弱有效解.
定理2 假设x0∈X,如果满足下列条件
(Ⅰ) (fi(x)+xTωi,gj(x)+xTυj)在x0∈X处是广义严格拟(C,α)-I型凸函数.
(Ⅱ) 存在λ=(λ1,λ2,…,λk)≥0,μ=(μ1,μ2,…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)
$\left(\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i} \rho_{i}+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j} \tau_{j}\right)\left\|\theta\left(\overline{\boldsymbol{x}}, \boldsymbol{x}_{0}\right)\right\| \sigma \geqq 0$ .则x0是MVP的弱有效解.
证 假设x0不是MVP的弱有效解,则存在x ∈X0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
当j∈J(x0)时,gj(x0)+x0Tυj=gj(x0)+s(x0|Dj)=0,即
由条件(Ⅰ)知
当j∉J(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
令
${\mathit{\Gamma}}=\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i}+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j}$ ,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x0∈X,如果满足下列条件
(Ⅰ) (fi(x)+xTωi,gj(x)+xTυj)在x0∈X处是广义严格伪拟(C,α)-I型凸函数.
(Ⅱ) 存在λ=(λ1,λ2,…,λk)≥0,μ=(μ1,μ2,…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)
$\left(\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i} \rho_{i}+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j} \tau_{j}\right)\left\|\theta\left(\overline{\boldsymbol{x}}, \boldsymbol{x}_{0}\right)\right\|^{\sigma} \geqq 0$ .则x0是MVP的弱有效解.
证 假设x0不是MVP的弱有效解,则存在x ∈X0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[x,x0;α(x,x0)(ξi+ωi)]+ρi‖θ(x,x0)‖σ < 0,即
当j∈J(x0)时,gj(x0)+x0Tυj=gj(x0)+s(x0|Dj)=0,即-(gj(x0)+x0Tυj)=0,j∈J(x0),-bj(x,x0)[gj(x0)+x0Tυj]=0,j∈J(x0).
由条件(Ⅰ)知
当j∉J(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
令
${\mathit{\Gamma}}=\sum\limits_{i=1}^{k} \lambda_{i}+\sum\limits_{j=1}^{m} \mu_{j}$ ,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.