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保凸运算

交集

交集运算是保凸的:如果 S1S2 是凸集,那么 S1S2 也是凸集。这个性质可以推广到无穷个凸集的交。

仿射函数

函数 f:RnRm 若满足 f(x)=Ax+b,其中 ARm×nbRm,则称 f 是仿射函数。设 SRn 是凸的,那么 Sf 下的象

f(S)={f(x)xS}

也是凸的。从几何上看,凸集经过伸缩变换和平移变换后仍然是凸集。一个凸集向它的某几个坐标的投影也是凸的。

双曲锥

{xxPx(cx)2,cx0}

其中 PS+ncRn。这是因为它是二阶锥

{(z,t)zzt2,t0}

在仿射函数 f(x)=(P1/2x,cx) 下的原象。

椭球

E={x(xxc)P1(xxc)1}

是单位 Euclid 球 {uu21} 在仿射函数 f(u)=P1/2u+xc 下的象,其中 PS++n

透视函数

定义 P:Rn+1RnP(z,t)=z/t 为透视函数,其定义域为 domP=Rn×R++。透视函数对向量进行伸缩,或称为规范化,使得最后一维分量为 1 并舍弃之。

INFO

小孔成像

我们可以用小孔成像的原理来解释透视函数。

在二维空间 R2 中,小孔坐标 (0,0)。圆 x2+(y2)2=1 在直线 y=3 上所成的像为线段 y=3,x[1,1]。如图所示:

一个凸集在透视函数下的象和原象也是凸的,因此透视运算是保凸运算。

线性分式函数

线性分式函数有透视函数和仿射函数复合而成。设 g:RnRm+1 是仿射的,即

g(x)=[Ac]x+[bd]

其中 ARm×nbRmcRn 并且 dR。则由 f=Pg 给出的函数 f:RnRm

f(x)=Ax+bcx+d,domf={xcx+d>0}

称为线性分式函数(或投射函数)。如果 c=0d>0,则 f 是仿射函数。因此,仿射函数和线性函数被视为特殊的线性分式函数。线性分式函数也是保凸运算。

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