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半E-预不变凸函数与多目标规划的最优性条件

来源:飒榕旅游知识分享网
第30卷第1期 延安大学学报(自然科学版) ournal of Yanan University(Natural Science Edition V01.3O No.1 Mat.2011 2011年3月 半 一预不变凸函数与多目标规划的最优性条件 张永战,张庆祥 (延安大学数学与计算机科学学院,陕西延安716000) 摘 要:先对半E一预不变凸函数做了进一步研究,得到了它的几个性质及半E一严格预不变凸函 数的判定定理,进而给出了半E一预不变凸函数在多目标规划问题中的最优性条件,进一步丰富了 优化研究内容。 关键词:半E一预不变凸性;多目标规划;有效解 中图分类号:0221.6 文件标识码:A 文章编号:1004-602X(2011)01-0010-04 E(Y)+An(E( ),E(Y))∈ 凸性及广义凸性是规划问题的一个重要研究内 容。目前凸函数已被沿着多种途径进行了推广。 定义3 函数 :R 一 被称为在集合MCR 上 1999年Youness…通过定义E一凸集,将凸函数推 广到E一凸函数。而后Yang_2 及Chen_3 指出了文 献[1]的一些错误结论并举出反例。Hanson_4 引入 不变凸函数,并证明了Kuhn—Tucker条件的充分 的半E一凸函数,当且仅当存在映射E:R“×R 一 R ,对任意 ,Y∈MCR ,A∈[0,1],使得 是E一 凸集,且有 AE( )+(1一A)E(y))≤A厂( )+(1一A Y). 定义4称函数 C_性,Weir等人 定义了预不变凸函数。1995年Mo- han和Neogy_6 证明了在条件C下,不变凸函数是预 一 是在 一不变凸集 R 上关于田的E一预不变凸函数,如果存在n:M E(Y)+An(E( ),E(Y)))≤ E(x)) 不变凸函数,拟不变凸函数是预拟不变凸函数。张 庆祥 7 31994年证明了广义不变凸多目标规划的最 优性条件。 半E一预不变凸函数是一类重要的广义凸函 数,它是半E一凸函数的推广。研究更多的半E一 × — ,对任意 ,Y∈M,A∈[0,1],有 +(1一A),(E(Y)). 定义5称函数,: 一R是在E一不变凸集 CR 上关于 的半E一预不变凸函数,如果存在n: M× 一 ,对任意 ,Y∈M,A∈[0,1],有 E(y)+A叼(E( ),E(,,)))≤Af( )+(1一A)-厂(,,). 在此定义中,显然有当n(E( ),E(Y))=E( ) 一预不变凸函数的性质与多目标规划的最优性条件以 便于进一步认识半E一预不变凸函数,从而广泛应 用它来解决实际问题。 l 预备知识 定义l MC_R 称为不变凸集,若存在n:M× 一 “,E(Y)时 为半E一凸函数,即半E一预不变凸函 定义6称函数厂: —R是在E一不变凸集 数是半E一凸函数的推广。 上关于 的半E一严格预不变凸函数,如果存在 : 使得对任意 ,Y∈M,A E[0,1]有 Y+An( ,Y)∈ M×M—R ,对任意 ,Y∈M, ≠ ,A E[0,1],有 E(y)+A叼(E(x),E(y)))<A厂( )+(1一A y). 条件C向量函数.,7满足条件C是指:对任意 定义2 MC_R 称为关于卵的E一不变凸集, 如果对任意 ,Y∈M,A∈[0,1],有 收稿日期:2011—03—01 基金项目:陕西省教育厅专项科研基金资助课题(06JK152) 作者简介:张永战(1985一),男,陕西定边人,延安大学在读硕士研究生。 第1期 半 一预不变凸函数与多目标规划的最优性条件 x,y∈M,A∈[0,1],Cl:rl(Y,Y+A'7( ,,,))=一At/ ( ,y);C2:r/(x,y+A (戈,Y))=(1一A)叼( ,Y). + = ㈤ )+/3271( ) ),) ㈣E) y)))), 叼(E㈩,E 引理1 向量函数 满足条件C,则有 (y+ A叩( ,,,),,,)=A叩( , ). y))一 证明过程见文献[9]的定理1。 条件D MC_R 称为不变凸集,称函数,: ∈ 一 (Y)+/3 .,7(E( ),E(Y))), =E(),)+( 一a( 一卢。))n(E(x),E(y)), 即 满足条件D是指: )。 对任意 ,y∈M,有 y+ (z,y)) E(y)+otr/(E( ),E(,,))=E(y)+A (E( ),E(y)). 2主要结果 2.1半E一预不变凸函数性质 定理1 M是关于叼的E一不变凸集,E( )是 不变凸集, :M× 一 且满足条件C,f:R 一R是 在E一不变凸集M上关于相同rl的半E一预不变凸 函数,且 )≤ E( )),若存在 ∈[0,1],使得 对任意 ,yEE(M)C_M, ≠y有 E(,,)+Otrl(E(x),E(),)))<q )+(1一 ) Y) (1) 则 )是在 上关于 的半E一严格预不变凸函 数。 证明假设 )不是在 上关于叼的半E一 严格预不变凸函数,则存在 ,),∈M, ≠y,A∈[0, 1]有 (,,)+A (E( ), (,,)))1>f(y)+A(厂( ) -f(y)). (2) 选取 ,卢2满足0≤卢。<卢2≤1,且A= 。+(1一 ) , 由E( )是不变凸集,故令 E(x)=E(),)+ 。r/(E(x),E(,,)), ( )= ( )+ 叼( ( ), (y)), 因为 )是关于 的半E一预不变凸函数,故有 E( ))≤ y)+卢 ( )一,(Y)); (3) (y))≤ ,,)+ (厂( )-f(y)). 由条件C,我们有 E(Y)+at/(E( ),E(y)) = (,,)+ r/( ( ), (,,))+唧( (,,)+ 7"/(E ( ),E( )),E(),)+卢2.,7(E( ),E(y))), =E(y)+卢2叼(E( ),E(Y))+ 77(E(y)+pl叼( ( ), (,,)), (,,)+ 。叼( (戈),( (,,)) +(卢 一卢 )r/(E(x),E(y))), =E(),)+ 2r/(E( ),E(y))+叩(E(Y)+/31 (E (戈), (,,)), (,,)+卢 r/( ( ),E(y)) 由(1)我们有 ,( (y)+A叼(E( ),E( )))= E(y)+otr/(E( ), E(y)))<q )+(1一 )厂(y). (4) 由(3)和(4)及 ) ( ))有 E(y)+A (E( ),E(),)))< )+(1—0f) ,,) ≤of(E( ))+(1一 )-厂(E(y)) ≤a(厂(,,)+ 。( )-f(,,)))+(1一 )( y)+ )一 Y))) =(0 +(1一 ) )-厂( )+( (1一卢。)+(1一 )(1 一 ) ),), =A厂( )+(1一A).厂(),). 这与(2)矛盾。 定理2设 (i)E(M)C_M是关于’7的不变凸集, 是关于 叼的E一不变凸集; (ii)r/满足条件C 满足条件D; 则,关于相同的叼是E一预不变凸函数的充要条件 是: ( )= E(Y)+otr/(E( ),E(y))) 在[O,1]上是凸函数。 证明必要性:若/是 上关于叼的半E一预 不变凸函数,则由定义得, 对任意 ,Y∈M,A∈[0,1]及 ,仅2仨[0,1]有 若口l=a2,则 (An1+(1一A)82): (口2)≤A (口1)+(1一A) (Ⅱ2). 另外,假设口1—0f2>0,由口t,口2∈[0,1]可知口2≠1, 0< ≤1, l一口一 (A口l+(1一A)口2):,(E(y)+(a2+A(a1一a2)) 叼(E( ),E(y))) = E(y)+。 叼(E( ),E(y))+ A(口,一0 )n(E(x),E(y))). (5) 由引理1,有 12 A(口 一口2)叼(E( ),E(,,)) =A叼(E(),)+口2r/(E( ),E(Y))+(口l一口2)r/(E ( ),E(y)),E(y)+口27/"(E(x),E(),))) rrain )=(fl( ) ( )…. ( )) , {s.t.g(x)=(g。( ),g:( ),…g ( )) ≤0, 【h(x)=(h ( ),h ( ),…h。( )) =0. =A'7(E(y)+0l叼(E( ),E(y)),E(Y)+02叼(E ( ),E(),))). 由此及E( )的不变凸性和/的E一预不变凸性, (5)式可以写成如下形式 (A口1+(1一A)口2) : E(y)+口2叼(E(x),E(y))+A叼(E(y)+0l 77(E ( ),E(y)),E(,,)+口 (E( ),E(,,)))) ≤A厂(E(Y)+口, (E( ),E(Y)))+(1一A) E(Y) +0 叼(E( ),E(Y))), ≤A (口1)+(1一A) (82). 当口。一口 <0,利用条件C中的C,可证得 (A口 +(1一A)02)≤A (口。)+(1一A) (a ). 故 (0)为区间[0,1]上的凸函数。 充分性:因 (0)为区间[0,1]上的凸函数,又 厂满足条件D,所以对任意 ,Y∈M,A∈[0,1]有 E(Y)+A叼(E( ),(E(Y)))≤ (A)= (A・1+ (1一A)・0), ≤A (1)+(1一A) (0)≤ (E(y)+r/(E( ),E (),)))+(1一A) E(y)), ≤A厂(E( ))+(1一A) E(Y)). 注对于半预不变凸函数,上述充分性成立,必 要性不一定成立。 定理3设 是关于卵的E一不变凸集 关于 相同的 是半E一预不变凸函数, H={口∈RIf( )≤口,V ∈ ), 则日为凸集。 证明 对任意的口1,82∈日,存在 1, 2∈M,使 得口l,口2∈R,且f( 1)≤0l,f( 2)≤02。由 的 不变凸性,对VA∈[0,1],有E(x:)+)tr/(E(x,),E ( ))∈M。又 )为 上的关于V的半E一预不 变凸函数,所以 E( 2)+A,7( )E(x )))≤A厂( ,)+(1一A) 2)≤A01+(1一A)02,且A口1+(1一A)口2∈R. 从而 A口1+(1一A)口2∈H( ( 2)+A叼( ( 1),E ( )))). 所以 为凸集。 2.2半E一预不变凸多目标规划的最优性条件 考虑如下多目标规划 ( ) 其中 MC_R ,M是关于卵的E一不变凸集, 一 ,g:M—R ,九:M一 . 且三者均为 上的关于相同卵的半E一预不变凸 函数。记 M={ ∈M R“Ig ( )≤O,h ( )=0√=1,2…., P; =1,2,…,In,}, l(x。)={ Ig ( 。)=0, 。∈ ). 定理4 设 ( ), ( )…., ( )是 。=E ( 。)处关于叼的半E一预不变凸函数,则( )的局 部有效解也是全局有效解。 证明设 。=E( 。)是( )的局部有效解,则 存在一个邻域IV(x。, ),不存在 ∈MClIV(x。,占) 使得 )≤,( 。). (6) 假设 。不是全局有效解,则存在 ∈ 使得 ) ≤乏 。),尽p有 ( )≤ ( 。),i=1,2,…,P. 因为 ( ),i=1,2….,P是半E一预不变凸函数, 所以对任意A∈[0,1],有 E( )+ ̄Lrl(E(x ), ( )))≤ 厂( )+(1一A ^(X,0) 当A_+o 时 E(x。)+A叼(E( ’),E( 。))∈MnlV(x。,占). 且p/ E(x。)+A (E( ‘),E( 。)))≤;厂( 。),(7) 与(6)矛盾,证毕。 定理5 设 是关于叼的开E一不变凸集。厂 ( )是 上关于.,7的半E一预不变凸函数,且在 。 :Jz(x。)∈M处沿任何方向的方向导数非负,则 。 是( )的全局有效解。 证明 因为/( )在 。处是半E一预不变凸函 数,则对任意 ,y∈M,A∈[0,1] E( )+A叩(E( ),E( )))≤ )+(1一A ), E( )+ ̄Lrl(E(x),E(x。)))≤ )+AO )_厂(o)), Ef(E( )+an(E(x),Jz(x。))) 跏/A ) 令人_'0 ,我们有 _ a卵(E( ),E( ))IJ≤,( 、。 )一  。、 ). 由已知条件有 卸( )E—(x E,(  ))Il ≥O,’ 因此有,( )--f(x。)≥0,即 。是( )的全局有效解。 构造如下的单目标问题 第1期 半 一预不变凸函数与多目标规划的最优性条件 13 (sP) min∑A ( )=A ^( ), E…1 I 同理 H-,T ( )一 -,T ( 。)≥叼(E( ),E( )) -,T ( ).(9) rh(x)一vrh(x。)≥ (E( ),E(x。)) Vv h(x。).(10) 其中A=(A ,…,A。) ∈A ,A v={(A1,A2,…,AP)∈ I A =1,A >o,i=1,2,… ). 将(8),(9),(10)三式左右两边分别相加并由(口)得 )一 ^( 。)+M-,Tg,( )一 -,Tg,( 。)+vrh(x)一 v引理2 对每个给定的A∈A~,则相应于 ( ) 的最优解必是( )的有效解。 rh(x0)≥0. 定理6设 是关于n的开E一不变凸集 : 一 ,g: 一 ,h: 一 ,若存在 。=E(x。)∈M满 另外由gl( )≤g,( 。)=0,h(x)=h(x。)=O有 )一 厂( 。)≥一u-,Tg,( )≥0. 即 。是( ) 的最优解。 根据引理l 。为(VP)的有效解。 参考文献: 足如下条件: (i)f,g,,h均为 。处关于田的可微半E一预不 变凸函数; (ii)存在A∈A~,u∈Rm, E R 使得 (a) Vf(x。)+urVg,( 。)+v TVh(x。):O; (b)g(x。)≤O; (c)^( 。)=0. 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(8) [责任编辑贺小林] The Semi E——Preinvex Functions and Optimality Conditions for Multiobjective Programming ZHANG Yong—zhan.ZHANG Qing—xiang (College of Mathematics and Computer Science,Yah all University,Yan all 7 16000,China) Abstract:The semi E—preinvex functions are further studied,some properties of semi E—preinvex functions and a criteria of semi E—stirctly preinvex functions aye presented,lastly optimality conditions for muhiobjective pro— gramming involving the semi E—preinvex functions are given. Key words:semi E—preinvexity;muhiobjective programming;eficifent solutions 

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