拉格朗日对偶
拉格朗日函数把约束问题化为鞍点问题,KKT 条件给出最优性的充要刻画,Slater 条件保证强对偶成立。
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01定义
拉格朗日函数把带约束优化化为无约束的鞍点问题:乘子惩罚约束违背,对偶函数是逐点极小值,KKT 条件刻画最优性。Slater 条件下凸问题的强对偶成立——局部即全局的凸性让对偶理论在凸世界完美运转。
02核心要点
01
对偶函数与下界
是凹函数且 原最优值(无论凸否):拉格朗日对偶永远给出下界,松弛质量取决于乘子选择——拉格朗日松弛算法的基础。
02
KKT 条件
平稳性 、原始可行、对偶可行 、互补松弛 :凸 + Slater KKT 是充要条件。互补松弛指出哪些约束真正起作用。
03
乘子更新
对偶问题用次梯度法或增广拉格朗日法求解:ADMM 在增广拉格朗日框架下分裂变量,成为分布式优化与深度学习中约束处理的主流工具。
03关键公式
04历史沿革
拉格朗日 1788 年《分析力学》以乘子法处理约束;库恩与塔克 1951 年给出不等式约束的 KKT 条件(卡罗什 1939 年已先发表);凸分析使其成为现代优化的核心语言。
05应用与延伸
SVM 的对偶推导、经济学的均衡价格解释、电力调度的节点电价、机器学习正则化的贝叶斯/拉格朗日双重解释。
06交互演示
对偶函数 q(λ):凹函数与对偶间隙增大 λ:惩罚加重,q(λ) 下降;对偶问题 max q(λ) 给出下界