作业帮什么是凸函数
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/05 06:09:16
什么是凸函数
什么是凸函数
什么是凸函数
凸函数就是一个定义在某个向量空间的凸子集C（区间）上的实值函数.
凸函数是一个定义在某个向量空间的凸子集C（区间）上的实值函数f 设f为定义在区间I上的函数,若对I上的任意两点X1,X2和任意的实数λ∈（0,1）,总有 f(λx1+(1-λ)x2)≤λf(x1)+(1-λ)f(x2),则f称为I上的凸函数.判定方法可利用定义法、已知结论法以及函数的二阶导数 一般的判别方法是求它的二阶导数,如果其二阶导数在区间上恒大于等于0,就称为凸函数.（向下凸） 如果其二阶导数在区间上恒大于0,就称为严格凸函数.
编辑本段性质
定义在某个开区间C内的凸函数f在C内连续,且在除可数个点之外的所有点可微.如果C是闭区间,那么f有可能在C的端点不连续.一元可微函数在某个区间上是凸的,当且仅当它的导数在该区间上单调递减.一元连续可微函数在区间上是凸的,当且仅当函数位于所有它的切线的上方：对于区间内的所有x和y,都有f(y) ≥ f(x) + f '(x) (y − x).特别地,如果f '(c) = 0,那么c是f(x)的最小值.一元二阶可微的函数在区间上是凸的,当且仅当它的二阶导数是非负的；这可以用来判断某个函数是不是凸函数.如果它的二阶导数是正数,那么函数就是严格凸的,但反过来不成立.例如,f(x) = x4的二阶导数是f "(x) = 12 x2,当x = 0时为零,但x4是严格凸的.更一般地,多元二次可微的连续函数在凸集上是凸的,当且仅当它的黑塞矩阵在凸集的内部是正定的.凸函数的任何极小值也是最小值.严格凸函数最多有一个最小值.对于凸函数f,水平子集{x | f(x) < a}和{x | f(x) ≤ a}（a ∈ R）是凸集.然而,水平子集是凸集的函数不一定是凸函数；这样的函数称为拟凸函数.延森不等式对于每一个凸函数f都成立.如果X是一个随机变量,在f的定义域内取值,那么（在这里,E表示数学期望.）
编辑本段微积分
如果f和g是凸函数,那么m(x) = max{f(x),g(x)}和h(x) = f(x) + g(x)也是凸函数.如果f和g是凸函数,且g递增,那么h(x) = g(f(x))是凸函数.凸性在仿射映射下不变：也就是说,如果f(x)是凸函数,那么g(y) = f(Ay + b)也是凸函数,其中 如果f(x,y)在(x,y)内是凸函数,且C是一个凸的非空集,那么在x内是凸函数,只要对于某个x,有.
编辑本段例子
函数f(x) = x²处处有,因此f是一个（严格的）凸函数.绝对值函数f(x) = | x | 是凸函数,虽然它在点x = 0没有导数.当1 ≤ p时,函数f(x) = | x | p是凸函数.定义域为[0,1]的函数f,定义为f(0)=f(1)=1,当0函数x3的二阶导数为6x,因此它在x ≥ 0的集合上是凸函数,在x ≤ 0的集合上是凹函数.每一个在内取值的线性变换都是凸函数,但不是严格凸函数,因为如果f是线性函数,那么f(a + b) = f(a) + f(b).如果我们把“凸”换为“凹”,那么该命题也成立.每一个在内取值的仿射变换,也就是说,每一个形如f(x) = aTx + b的函数,既是凸函数又是凹函数.每一个范数都是凸函数,这是由于三角不等式.如果f是凸函数,那么当t > 0时,g(x,t) = tf(x / t)是凸函数.单调递增但非凸的函数包括和g(x) = log(x).非单调递增的凸函数包括h(x) = x2和k(x) = − x.函数f(x) = 1/x2,f(0)=+∞,在区间(0,+∞)内是凸函数,在区间(-∞,0)内也是凸函数,但是在区间(-∞,+∞)内不是凸函数,这是由于x = 0处的奇点