คอนจูเกตนูน
ในทางคณิตศาสตร์และการหาค่าเหมาะสมที่สุดทางคณิตศาสตร์ คอนจูเก ตแบบนูนของฟังก์ชันคือการขยายผลของการแปลงเลอจองเดอร์ซึ่งสามารถนำไปใช้กับฟังก์ชันที่ไม่นูนได้ เรียกอีกอย่างว่าการแปลงเลอจองเดอร์-เฟนเชลการแปลงเฟน เชล หรือคอนจูเกตเฟนเชล (ตั้งชื่อตามAdrien-Marie LegendreและWerner Fenchel ) คอนจูเกตแบบนูนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการสร้างปัญหาคู่ขนานในทฤษฎีการหาค่าเหมาะสมที่สุด จึงเป็นการขยายผลของ ทฤษฎี ทวิภาวะแบบลากรางจ์
คำนิยาม
อนุญาตเป็นปริภูมิเวกเตอร์เชิงทอพอโลยีจริง และให้เป็นพื้นที่คู่เพื่อ. กำหนดให้เป็น
การจับคู่แบบคู่มาตรฐานซึ่งกำหนดโดย
สำหรับฟังก์ชันเมื่อพิจารณาค่าบนเส้นจำนวนจริงที่ขยายออกไปฟังก์ชันสังยุคนูนของมันคือฟังก์ชัน
ซึ่งมีค่าอยู่ที่ถูกกำหนดให้เป็นค่าสูงสุด :
หรือเทียบเท่ากัน ในแง่ของค่าต่ำสุด :
คำจำกัดความนี้สามารถตีความได้ว่าเป็นการเข้ารหัสของส่วนนูนของกราฟแสดงฟังก์ชันในแง่ของระนาบรองรับ[ 1 ]
ตัวอย่าง
สำหรับตัวอย่างเพิ่มเติม โปรดดู§ ตารางคู่ควบนูนที่เลือกไว้
- คอนจูเกตเชิงนูนของฟังก์ชันเชิงเส้น ตรงเป็น
- คอนจูเกตเชิงนูนของฟังก์ชันกำลังเป็น
- คอนจูเกตเชิงนูนของฟังก์ชันค่าสัมบูรณ์เป็น
- คอนจูเกตเชิงนูนของฟังก์ชันเลขชี้กำลังเป็น
ฟังก์ชันเอกซ์โพเนนเชียลแบบคอนจูเกตและการแปลงเลอจองเดอร์มีความสอดคล้องกัน ยกเว้นว่าโดเมนของคอนจูเกตแบบคอนเว็กซ์นั้นใหญ่กว่าอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากการแปลงเลอจองเดอร์นั้นกำหนดไว้เฉพาะสำหรับจำนวนจริงบวกเท่านั้น
ความเชื่อมโยงกับการขาดทุนที่คาดการณ์ไว้ (มูลค่าความเสี่ยงเฉลี่ย)
ดูบทความนี้เป็นตัวอย่าง
ให้Fแทนฟังก์ชันการกระจายสะสมของตัวแปรสุ่มXแล้ว ( โดยการอินทิเกรตแบบแยกส่วน ) มีคอนจูเกตแบบนูน
การสั่งซื้อ
การตีความเฉพาะอย่างหนึ่งมีการเปลี่ยนแปลง เนื่องจากนี่เป็นการจัดเรียงใหม่ที่ไม่ลดลงของฟังก์ชันเริ่มต้นfโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับfที่ไม่ลดลง
คุณสมบัติ
คอนจูเกตเชิงนูนของฟังก์ชันนูนปิดก็ยังคงเป็นฟังก์ชันนูนปิดเช่นกัน และคอนจูเกตเชิงนูนของฟังก์ชันนูนทรงหลายเหลี่ยม (ฟังก์ชันนูนที่มีอักษรนูนเป็นรูปทรงหลายเหลี่ยม ) ก็ยังคงเป็นฟังก์ชันนูนทรงหลายเหลี่ยมเช่นกัน
การกลับลำดับ
ประกาศว่าก็ต่อเมื่อสำหรับทุกคนดังนั้น การผันแบบนูนจึงเป็นการกลับลำดับซึ่งตามคำนิยามหมายความว่า ถ้าแล้ว
สำหรับกลุ่มฟังก์ชันจากข้อเท็จจริงที่ว่าค่าสูงสุดสามารถสลับเปลี่ยนกันได้ จึงสรุปได้ว่า
และจากอสมการสูงสุด-ต่ำสุดที่ว่า
ไบคอนจูเกต
คอนจูเกตเชิงนูนของฟังก์ชันจะเป็นกึ่งต่อเนื่องล่าง เสมอ ไบคอนจูเกต(คอนจูเกตเชิงนูนของคอนจูเกตเชิงนูน) ก็คือเปลือกเชิงนูนปิด กล่าวคือฟังก์ชันเชิงนูนกึ่งต่อเนื่องล่างที่ ใหญ่ที่สุดที่มี เพื่อให้การทำงานเป็นไปอย่างถูกต้อง
- ก็ต่อเมื่อเป็นฟังก์ชันนูนและกึ่งต่อเนื่องล่าง ตามทฤษฎีบทเฟนเชล-โมโร
อสมการเฟนเชล (ด้านล่าง) บ่งชี้ว่ากล่าวให้แม่นยำยิ่งขึ้นคือฟังก์ชันนูนกึ่งต่อเนื่องล่างที่ใหญ่ที่สุดที่ไม่เกินซึ่งมักถูกอธิบายว่าเป็นซองนูนปิดของโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตามทฤษฎีบท Fenchel–Moreauฟังก์ชันที่เหมาะสมจะเท่ากับฟังก์ชันคู่ควบของมันก็ต่อเมื่อมันเป็นฟังก์ชันนูนและกึ่งต่อเนื่องล่าง[ 2 ] [ 3 ]
ความไม่เท่าเทียมกันของเฟนเชล
สำหรับฟังก์ชันf ใดๆ และฟังก์ชันสังยุคแบบนูนf *ของ มัน อสมการของเฟนเชล (หรือที่รู้จักกันในชื่ออสมการเฟนเชล-ยัง ) จะเป็นจริงสำหรับทุกๆ และ:
นอกจากนี้ ความเท่าเทียมกันจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อ, ที่ไหนคือซับเกรเดียนต์การพิสูจน์เป็นไปตามนิยามของคอนจูเกตแบบนูน:
ความนูน
สำหรับสองฟังก์ชันและและจำนวนหนึ่งความสัมพันธ์ของความนูน
ถือครองการดำเนินการนี้เป็นการแมปแบบนูนในตัวมันเอง
การม้วนตัวของอินฟิมัล
การสังเคราะห์เชิงอินฟิมัล (หรือผลรวมเอพิ) ของฟังก์ชันสองฟังก์ชันและถูกกำหนดให้เป็น
การดำเนินการเป็นสมมาตร (สลับที่ได้) และสมาคมได้ กล่าวคือ
อนุญาตต้องเป็นฟังก์ชันที่เหมาะสมนูน และกึ่งต่อเนื่องล่าง บนจากนั้นการสังเคราะห์อินฟิมัลจะเป็นแบบนูนและกึ่งต่อเนื่องล่าง (แต่ไม่จำเป็นต้องเป็นแบบเหมาะสม) [ 4 ]และเป็นไปตาม
หรือเทียบเท่ากัน
ซึ่งแสดงถึงพฤติกรรมของการสังยุคแบบนูนโดยสัมพันธ์กับผลรวมของฟังก์ชัน
การสังเคราะห์อินฟิมัลของฟังก์ชันสองฟังก์ชันมีการตีความทางเรขาคณิต: เอพิกราฟ (ที่เข้มงวด) ของการสังเคราะห์อินฟิมัลของฟังก์ชันสองฟังก์ชันคือผลรวมมินคอฟสกีของเอพิกราฟ (ที่เข้มงวด) ของฟังก์ชันเหล่านั้น[ 5 ]
การเพิ่มประสิทธิภาพการโต้แย้ง
ถ้าฟังก์ชันถ้าเมทริกซ์นั้นสามารถหาอนุพันธ์ได้ อนุพันธ์ของเมทริกซ์นั้นจะเป็นค่าอาร์กิวเมนต์สูงสุดในการคำนวณคอนจูเกตแบบนูน:
- และ
เพราะฉะนั้น
และยิ่งไปกว่านั้น
คุณสมบัติการปรับขนาด
ถ้าสำหรับบางคน, แล้ว
พฤติกรรมภายใต้การแปลงเชิงเส้น
อนุญาตให้เป็นตัวดำเนินการเชิงเส้นที่มีขอบเขตสำหรับฟังก์ชันนูนใดๆบน
ที่ไหน
เป็นภาพต้นแบบของในส่วนที่เกี่ยวกับและคือตัวดำเนินการผกผันของ[ 6 ]
ฟังก์ชันนูนปิดมีความสมมาตรเมื่อเทียบกับเซตที่กำหนดของการแปลงเชิงเส้นตั้งฉาก
- สำหรับทุกคนและทั้งหมด
ก็ต่อเมื่อคอนจูเกตเชิงนูนของมันเท่านั้นมีความสมมาตรเมื่อเทียบกับ
ตารางแสดงคู่คอนจูเกตแบบนูนที่เลือกไว้
ตารางต่อไปนี้แสดงการแปลงเลอจองเดอร์สำหรับฟังก์ชันทั่วไปหลายฟังก์ชัน รวมถึงคุณสมบัติที่มีประโยชน์บางประการ[ 7 ]
| (ที่ไหน) | |||
| (ที่ไหน) | |||
| (ที่ไหน) | (ที่ไหน) | ||
| (ที่ไหน) | (ที่ไหน) | ||
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- Touchette, Hugo (16 ตุลาคม 2014). "การเปลี่ยนแปลงของ Legendre-Fenchel โดยสรุป" (PDF) . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อ 7 เมษายน 2017 . เรียกดูเมื่อ9 มกราคม 2017 .
- Touchette, Hugo (21 พฤศจิกายน 2006). "องค์ประกอบของการวิเคราะห์แบบนูน" (PDF) . เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อ 26 พฤษภาคม 2015 . เรียกดูเมื่อ26 มีนาคม 2008 .
- เอลเลอร์แมน, เดวิด แพตเตอร์สัน (21 มีนาคม 1995). "บทที่ 12: การบวกแบบขนาน, ความเป็นคู่แบบอนุกรม-ขนาน และคณิตศาสตร์ทางการเงิน"การล่วงล้ำทางปัญญาในฐานะวิถีชีวิต: บทความในปรัชญา เศรษฐศาสตร์ และคณิตศาสตร์ (PDF)ปรัชญาโลก: การศึกษาจุดตัดระหว่างปรัชญาและเศรษฐศาสตร์สำนักพิมพ์ Rowman & Littlefield Publishers, Inc.หน้า237–268 . ISBN 0-8476-7932-2เก็บถาวร(PDF)จากต้นฉบับเมื่อ 2016-03-05 เรียกดูเมื่อ 2019-08-09 ชุด
G - ชุดหนังสืออ้างอิง ข้อมูล และวิชาสหวิทยาการ
(271 หน้า)
- Ellerman, David Patterson (พฤษภาคม 2004) [21 มีนาคม 1995]. " บทนำสู่ทฤษฎีความคู่ขนานแบบอนุกรม" (PDF)มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ CiteSeerX 10.1.1.90.3666 เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 10 สิงหาคม 2019 เรียกดูเมื่อ 9 สิงหาคม2019 (24 หน้า)