• ベストアンサー

ラグランジュの未定乗数法とKKT条件

minimize:f(x) subject to:gi(x)<=0 (i=1,…,m) m=100 という非線形最適化問題があった場合。 ラグランジュも未定乗数法を用いて、 F(x,λ)=f(x)-λg(x) とし、これをパラメータであるx,λで偏微分することにより最適解がえられるとおもいますが、、 m=100であり、gにはいる制約を選択する必要がある場合はどのように選んだらよいでしょうか。 現在、適当に入れていき最終的にKKT条件を満たした解を最適解としていますがいかがでしょうか。

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
  • arrysthmia
  • ベストアンサー率38% (442/1154)
回答No.1

KKT条件を知っているようですね。 ならば、相補性条件についてはご存知でしょう? 有効制約を選択するのは難しいので、 全ての制約をラグランジュ関数に入れて済ます為に 相補性条件を付加するのです。 その為のKKTです。 m が大きくて計算が手に余るなら、 数式処理ソフトウェアにでも頼るしかありません。 もちろん、考えてエレガントに制約選択ができ、 手計算にかなう個数まで減らせるならば、 紙の上でラグランジュ法を行うことができます。

tokyoame
質問者

補足

回答ありがとうございます。助かります。 ところで、、エレガントに制約選択ができというところなのですが、例えばどのようなときに選択可能で、どのような方法で選択することができるのでしょうか。私のもっている参考書にはそういった制約の数が多くなった場合の対処の仕方はかいていません。一般的にどのように対処すべきなのか教えて欲しいです。 また、KKT条件は最適解x*が問題の局所的最適解であるための必要条件であるが、十分条件ではないとはどういうことなのでしょうか。またどのような場合に十分条件にもなりえるのでしょうか。

関連するQ&A

  • ラグランジュの未定乗数法と偏微分の関係

    ラグランジュの未定乗数法と偏微分の関係 こんにちは。さっそく質問させていただきます。 ラグランジュの未定乗数法=偏微分なのでしょうか?あるいは偏微分はラグランジュの未定乗数法に含まれるのか、逆に偏微分の方法のひとつがラグランジュの未定乗数法なのか?それとも別の関係にあるのか? 2つの関係について(可能ならば)数式なしで分かる部分まで教えていただきたいです。 最近読んだ数冊の本の中で、固有値やラグランジュ未定乗数法、偏微分などがいつもセットになって出てきていたので気になって質問しました。 統計学を勉強している文系の学生で、数学のことがよくわからないので、馬鹿なことを聞いてるかもしれませんが宜しくお願いします。

  • ラグランジュ 未定乗数法

    条件:x+y=1 関数:f(x,y)=2x^2+3y^2 があり、関数が最小になる(x,y)を求めるとします。 この場合、条件x+y=1は直線でf(x,y)の等高線に接していなければならなくて、このことは接点で両者の法泉ベクトルが平行であることをいみするそうです。 また直線の法線ベクトルがは(1,1)^T T:転置行列 であるのですが、なぜ直線の法線ベクトルがこうなるのか分かりません;; また、ラグランジュの未定乗数法において F(x,y,λ)=f(x,y)-λg(x,y)---------(1) と表せる理由がわかりません。 なぜ、f(x,y)からλg(x,y)は引かれているのでしょうか。 また、(1)式をx,y,λで偏微分した式を解くことで解が求まる理由も教えていただきたいです。

  • ラグランジュの未定乗数法について

    ウィキペディアでラグランジュの未定乗数法について調べたのですが、その中で教えてもらいたいことがあります。 図1と図2を使って幾何的に説明をしているのですが、最後のほうで「ここで0でないスカラーλを導入し、f-λgを考える。上の点の条件は、λのある値に対してf-λgの勾配が0であるということに等しい(λはfとgの勾配比)」とあります。 f-λgの図的な意味が分からないので、勾配が0になることが、fとgが接することと同じであることの 理解ができません。よろしくお願いします。 なお、f(x,y)の最大値は、図2の場合、d1と判断できると思いました。

  • ラグランジュの未定乗数法

    いつも有り難く利用させていただいております。 今回は、ラグランジュの未定乗数法について少々お聞きしたいのですが、 http://www004.upp.so-net.ne.jp/s_honma/derivative/lagrange.htm のラグランジュの未定乗数法の説明のところで、("A_x"でAをxで偏微分することを意味している) 制約条件をG( x , y , z )=0 、( a , b , c )で、極致を求めたい関数をF(x , y , z )としておくと、  このとき、G( x , y , z )=0 から、z が x , y の関数になっているとすると、関数F は x , y の関数になるので、( a , b , c )において、       F_x+F_z・z_x=0 、 F_y+F_z・z_y=0 が成り立つ。  ここで、z_x 、z_y は、次の式により与えられる。       G_x+G_z・z_x=0 、 G_y+G_z・z_y=0 そこで、( a , b , c )における -F_z/G_z の値を、λ とおくと、 F_z+λG_z=0 が成り立ち、 さらに、F_x+λG_x=0 、 F_y+λG_y=0 が成り立つ。  したがって、4つの式 G=0 、F_x+λG_x=0 、F_y+λG_y=0 、F_z+λG_z=0 を解くことにより、極値を与える候補の点( a , b , c )が求められる。 と、記載されているのですが、 G( x , y , z )=0 から、z が x , y の関数になっているとすると、関数F はx , y の関数になるので、( a , b , c )において、       F_x+F_z・z_x=0 、 F_y+F_z・z_y=0 が成り立つ。  ここで、z_x 、z_y は、次の式により与えられる。       G_x+G_z・z_x=0 、 G_y+G_z・z_y=0 の部分の、 F_x+F_z・z_x=0 、 F_y+F_z・z_y=0 と、 G_x+G_z・z_x=0 、 G_y+G_z・z_y=0 の式はどのようにして出てきているのでしょうか?

  • ラグランジュの未定乗数法!!

    x^2+y^2+z^2=1 である時、 1、関数x-y-zの最大値 2、関数x-y-zの最小値 をラグランジュの未定乗数法で求めよ。 以上の回答、解説どなたかお分かりになりませんでしょうか??? よろしくおねがいいたします!!!

  • ラグランジュの未定乗数を二つ使う場合

    ラグランジュの未定乗数を二つ使う場合 V=xyzの極小値を、x+y+Z=1、xy+yz+zx=3の条件下で解く問題がわかりません。 ラグランジュ乗数を二つ使って解けと言われたのですが。 式は立てることができても、答えが出ません。 どなたかお助けください。 お願いします。

  • ラグランジュの未定乗数を二つ使う場合

    ラグランジュの未定乗数を二つ使う場合 V=xyzの極小値を、x+y+z=3、xy+yz+zx=1の条件下で解く問題がわかりません。 ラグランジュ乗数を二つ使って解けと言われたのですが。 式は立てることができても、答えが出ません。 どなたかお助けください。 お願いします。

  • ラグランジュの未定乗数法

    x^2+y^2=1のときにx^3-x+y^2の最大、最小値を求めよという問題です。 ラグランジュの未定乗数法を用いて解こうとしているのですが、λ,x,yについて解が定めきれずに困っています。 つまり、x^2+y^2-1=0 3x^2-1-2λx=0 2y-2λy=0 の3式を解こうとしているのですが、うまくいきません。 ご指南宜しくお願いいたします。

  • ラグランジュ乗数法(不等式制約)

    ラグランジュ乗数法を使って 関数f(x,y)=-x^2+4x-y^2+2y-5 を以下の3つの制約条件の下で最大にする。 (1)g(x,y)=x+y-4≦0 x≧0,y≧0 (2)g(x,y)=x+y-2≦0 x≧0,y≧0 (3)g(x,y)=x+y-1/2≦0 x≧0,y≧0 (1)では(x,y)=(5/2,3/2) (2)では(x,y)=(3/2,1/2) (3)では,普通にラグランジュ乗数法を使って解くだけだと(x,y)=(3/4,-1/4)となりますが、非負制約を満たしません。 どなたかよろしくお願いします。

  • ラグランジュ乗数法について質問です

    初歩的な質問ですみません。 経済学を習っている時にでラグランジュ未定乗数法が出てきたのですが、 U=xy+y m=2x+y でxとyの関数を求めるために L=xy+x+λ(m-2x-y)とすると教科書に書いてありました。(このあとx,y,λで偏微分していきます) この時、Uはどこに行ってしまったのでしょうか。 求めたいものを、Lとおくのでしょうか。 もちろん経済学は置いといてくださって大丈夫です。 数学としてどうなっているのか、教えていただけないでしょうか?