共轭方向

更新时间:2024-08-06 22:05

向量p, q∈R.若满足条件(p)Aq=0, 则称p和q关于A是共轭方向, 或称p和q关于A共轭.一般地, 对于非零向量组p1, p2, …, pn∈R,若满足条件:(p)Ap=0(i≠j,i,j=1,2,…,n),则称该向量组关于A共轭。共轭方向,即共轭向量的方向。

基本概念

两向量间的一种特殊关系.设A为n×n对称正定矩阵,向量p,p∈R.若满足条件(p)Ap=0,则称p和p关于A是共轭方向,或称p和p关于A共轭.一般地,对于非零向量组p,p,…,p∈R,若满足条件:(p)Ap=0(i≠j,i,j=1,2,…,n),则称该向量组关于A共轭。

设A是n×n对称正定矩阵,若有两个n维向量P和Q,满足

PAQ=0

则称向量P和Q是关于A共轭的,或称P、Q是A共轭方向。

定义

设A为n阶实对称正定矩阵,如果有两个n维向量S1和S2满足

(1)

则称向量S1与S2对于矩阵A共轭。如果A为单位矩阵,则式(1)即成为S1S2,这样两个向量的点积(或称内积)为零,此二向量在几何上是正交的,它是共轭的一种特例。

设A为对称正定矩阵,若一组非零向量S1,S2,…Sn满足

SiASj=0 (i≠j) (2)

则称向量系Si(i=1,2,…n)为关于矩阵A共轭。

共轭向量的方向称为共轭方向。

数学表达

设A是n×n对称正定矩阵,若有两个n维向量P和Q,满足

PAQ=0

则称向量P和Q是关于A共轭的,或称P、Q是A共轭方向。

对m个n维向量P,P,…,p,(m

则称P,P,…,P是A共轭的。

如果A=I (单位矩阵),则上式变为

即向量P,P,…,P相互正交。由此可见正交是共 轭的特殊情形; 共轭是正交概念的推广。

共轭方向法

由对称正定矩阵的特征向量所组成的一组方 向。设有n×n阶对称正定矩阵Q,其共轭方向为 {d,=1,2,…,m},则有

(d)Qd=0,i≠j,i,j=1,2,…,m

也称这m个向量对Q共轭。对于n元正定二次目 标函数,依次沿n个共轭方向作一维搜索,则至多 在n步内可获得最优点,利用这一性质可以构造一 类无约束非线性规划算法——共轭方向法

以一组共轭方向作为搜索方向来求解无约束非线性规划问题的一类下降算法。是在研究寻求具有对称正定矩阵Q的n元二次函数

f(x)=1/2xQ x+bx+c

最优解的基础上提出的一类梯度型算法,包含共轭梯度法变尺度法。根据共轭方向的性质,依次沿着对Q共轭的一组方向作一维搜索,则可保证在至 多n步内获得二次函数的极小点。共轭方向法在 处理非二次目标函数时也相当有效,具有超线性的收敛速度,在一定程度上克服了最速下降法的锯齿形现象,同时又避免了牛顿法所涉及的海色(Hesse) 矩阵的计算和求逆问题。对于非二次函数,n步搜 索并不能获得极小点,需采用重开始策略,即在每进 行n次一维搜索之后,若还未获得极小点,则以负 梯度方向作为初始方向重新构造共轭方向,继续搜索。

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