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Introduction to Optimum Design
4. Optimum Design Concepts: Optimality Conditions
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이 장의 주요내용:
비제약조건 및 제약조건 최적화 문제에서 국소적 및 전역적 최소(최대) 정의
비제약조건 최적화 문제에 대한 최적성 조건의 기술
제약조건 최적화 문제에 대한 최적성 조건의 기술
비제약조건 및 제약조건 문제에서 주어진 점에 대한 최적성 조건의 검토
후보 최소점을 위한 1차 최적성 조건의 풀이
함수와 설계 최적화 문제의 볼록성 검토
제약조건의 변동에 따른 목적함수의 최적값 변화를 연구하기 위한 라그랑지 승수의 활용
4.1 Global and local minima
minimum ← sigular, minima ← plurar
Global minimum
Local minimum
where : small real number.
Existence of a minimum
Weierstrass theorem(필요조건, 만족안해도 미니멈 존재할 수 있음)
is continuous on a non-empty feasible set S that is closed and bounded, then has a global minimum is S.set S is closed
set S is bounded
any- c는 상수,
는 single이면
- c는 상수,
e.g.,
[0,1] : closed, bounded.
[2n, 2n+1],
(정수) : closed, but not bounded ( )(0, 1] : not closed, but bounded
(2n, 2n+1) : not closed, not bounded
Any
→ global minimum exist
4.2 Basic calculus concepts
Vectors
Sets
4.2.1 Gradient vectors (first-order partial derivative of a function)
4.2.2 Hessian matrix (second-order partial derivatives)
(always symmetric)
4.2.3 Taylor’s Expansion
single variable
Let
Two variables,
andUsing summation notations,
Using matrix notation,
Let
벡터나 매트릭스. multiple variable notation.
4.2.4 Quadratic form (Q-form) and definite matrix
Q-form
e.g.,
Positive definiteness (P-D) of Q-form
P-D if
for all non-zero- 아래로 볼록! convex
P-semi D if
for alle.g.,
: P-D for iff- negative는 위로 볼록, minimum 없음.
How to check P-D of
check eigenvalues of
sylvester’s test