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随机规划经验逼近问题ε-最优解集的几乎处处Hausdorff收敛性

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第10卷第4期2010年2月 科学技术与工程 Vo1.10 No.4 Feb.2010 @2010 Sci.Tech.Engng. 1671—1815(2010)4-0855-05 Science Technology and En ̄neeifng 随机规划经验逼近问题 -最优解集的 几乎处处Hausdorff收敛性 霍永亮 (重庆文理学院数学与统计学院,重庆402160) 摘要对随机规划经验逼近问题£一最优解集序列的几乎处处Hausdorf收敛性进行了研究。首先依据上图收敛性讨论了随 机规划经验逼近问题最优值序列的几乎处处收敛性,其次给出了随机规划逼近问题£-最优解集序列的几乎处处Hausdorf收 敛性。 关键词 随机规划 中图法分类号经验逼近 £一最优解集A Hausdorf收敛 0224; 文献标志码上图收敛性…在随机规划统计估计分析中有关 ,min Ef(x, ( )) 相合性和稳健性等方面起着非常重要的作用,许多 学者利用上图收敛性从不同侧面研究了随机规划的 统计估计问题 引。最近,作者利用上图收敛性研究 {s.t. ( , (∞))≤0, 【 ∈D (1) m , cI; L 式(1)中 =( , …., ) ER , (∞)为定义在 了随机规划经验逼近最优解集序列的几乎处处上半 收敛性 。然而一般非线性随机规划逼近最优解集 只具有上半收敛性,而不具有下半收敛性 j。因此 一完备概率空间(n, P)上的m维连续型随机向量, 紧集DCR 是所有的确定约束集。,:R ×R 一R, g:R × 一 ,E表示随机变量函数的期望泛函。 些学者转向研究8.最优解集的收敛性,文献[5] 觑R )表示 中的Borel子集全体, )表 ≤ 研究了样本轨道优化问题的£一逼近最优解集的上半 收敛性,文献[9]给出了随机规划s一逼近最优解集 的Hausdorf收敛性的一个充分条件,但对随机规划 经验s.逼近最优解集的几乎处处Hausdorf收敛性 尚未研究。 示定义在 (R )上的概率测度全体。令 。=P。 ,则 。为定义在觑 )上的概率测度。即 。E R )。于是问题(1)可改写为 本文在文献[7,9]研究的基础上,依据上图收 敛性研究了随机规划经验逼近最优值序列的几乎处 处收敛性,并给出了随机规划经验逼近£.最优解集 序列的几乎处处Hausdorf收敛性的一个充分条件。 考虑下列随机规划问题 问题(2)的可行集、最优值和e一最优解集分别记为 S。、Z。和 ,则 s0={ ∈ Ⅳ:f g( ,“) o(du)≤0, ∈D}, ={ ∈S0:JJ ,u)lxo(du)≤Zo+ }。 m 2009年l1月2日收到 重庆市教委基金项目(KJ091211)、 重庆文理学院引进人才项目资助 在许多实际问题中,概率测度 。是未知的,而 只有 个样本点( ( ), (∞),…, ( ))是已知 的。而 ( ), :( ),…, (∞)是随机取得的 作者简介:霍永亮(1965一),男,教授,博士,研究方向:随机最优化 理论,E・mail:yon ̄iang-huo@126.corn。 856 科学技术与工程 l0卷 样本。因此,可以认为随机变量 , ,…, 是 因此,研究随机规划(3)的占一最优解集序列{ 的且与 有相同的分布。对每一个固定的∞∈ ,观 (∞)} 几乎处处Hausdorf收敛于随机规划(2)的 测值( ( ), (∞),…, (∞))可以确定一个经验 一最优解集 的问题等价转化为研究无约束规划 1 n 概率测度 ( ,A)=÷∑厶(¨ i (∞)),VA∈(5)的占-最优解集序列{ ( )} 几乎处处Huas- =l  取R )。即V∞∈力,Iz ( ,・)E R )。用经验概 dorff收敛于无约束规划(4)的 一最优解集 的 率测度 ( ,・)替代问题(2)中的 。(・),这样得 问题。 到问题(2)的经验逼近模型 本文的记号及基本概念与文献[5—8]一致。 min JJR,d厂( ' ) n( ’d (…3)  1最优值的几乎处处收敛性 , s.t.JJ m  g(x, ) (∞,du)≤0, ∈D 首先给出随机规划问题(2)的逼近最优值序列 问题(3)的司行集、最优值和 一最优解集分别记为 的几乎处处收敛性。 S ( )、Z ( )和 :(∞),则 引理1.1若随机规划问题(2)满足下列两个 条件: s ( )={ ∈ :JJ g( ,“) (∞,dM)≤0, ∈D}。 (1) , )关于以 )×以 )可测,对任意 (∞)={ ∈ (∞):JI , (∞,du)≤ ( )+ }。 固定的M关于 连续,且存在关于 。可积的函数 卢(M),使得 ,u)l≤卢(“); 问题(2)和问题(3)又可以分别等价地转化为下列 (2)gi( , )(i=1,2,…,d)关于 ( )X 问题(4)和问题(5) 取R )可测,对任意固定的“关于 下半连续,存在 min ) (d )+ ( )】 (4) 关于 。可积的函数^y( ),使得g ( ,M)≥ ( ),且 min )iz (∞, )+艿s )( )】(5) sn为正则的。 则有 这里 fL ,/Rm f ) (∞,d )+ )x)1’ J 三 [ , )go(d )+ ( )], . . 问题(4)NN ̄(5)的最优值、 一最优解集分别记为 证明参见文献[7]定理3的证明。 ^ ^ ^ ^ z0、 和z (∞)、 (∞),则有 定理1.1若随机规划问题(2)满足下列两个 z0: , : ,z ( ): (∞), (∞): 条件: (1) , )关于取 )×坝 )可测,对任意 (∞)。其中 固定的u关于 连续,且存在关于 可积的函数 ={ E :J(R ,m u) (du)+ (”  )≤ 卢(Ⅱ),使得If( ,M)l≤ (u); (2)g ( , )(i=1,2,…,d)关于 ( )× +∞) (6) 觑 )可测,对任意固定的 关于 下半连续,存在 ( ):{ ∈ :Jf  , ) ( ,du)+ 关于 可积的函数 (M),使得gi( , )≥ ( ),且 m S。为正则的。 6s ( )( )≤z (∞)+ j (7) 则有lim Z ( ):Z0,a.s. 4期 霍永亮:随机规划经验逼近问题£.最优解集的几乎处处Hausdorf收敛性857 证明 由引理1.1知,存在零测集JUC ̄O。使得 对任意固定的 ∈ 、 有 [ ) ( ,d“)+ ,( ) epl [ , ) 。(du)+6So( )]。 对任意固定的‘1)∈Q\ 有M ( )n D=M ( )≠ 。从而由D的紧致性及文献[1O]中定理7,有 limZ (∞)=Zo a.s. (8) 注意到Z。=Zo,z (∞):Z ( ),故limZ (ccJ)= Zo a.s。 2 逼近问题£-最优解集序列的几乎处处 I-Iausdorf收敛性 本节给出随机规划问题(2)的 一逼近最优解集 序列的几乎处处Hausdorff收敛性。 设尺 为Ⅳ维欧氏空间,集合ACR 到集合Bc R 的Hausdorff距离定义为 d_I:『(A,B)=max{e(a,B),e(B,A)}, 这里 e(A,B)=supd(,,,B)。 其中 d( ,C)=inf{JI 一),II:),∈C}, d( , )=+∞, ∈R 。 定义2.1称随机集合序列{S (∞)} 几乎处 处Hausdorff收敛于 ,记为limd (.s ((cJ), )=0, a.s.如果存在零测集 4/'C/2,使得对任意固定的 ∈ \ 满足: liar dⅣ(Js ( ),S0)=0。 定义2.2对固定的占>0,称8一最优解集 为 正则的是: =cl[ 。],这里cl表示集合的闭包, 其中 M o。: { ∈So: ,“) 。(d“)<z。+8)。 定理2.2若随机规划问题(2)满足下列两个 条件: (1) ,“)关于 月 )x取 )可测,对任意 固定的“关于 连续,且存在关于 。可积的函数 IB(“),使得If( ,u)l≤卢(u); (2)g ( ,u)(i:1,2,…,d)关于力(R )X 以 )可测,对任意固定的 关于 下半连续,存在 关于 。可积的函数 (u),使得g ( ,//,)≥_y(/3,),且 S。和 为正则的。 则有 liar dⅣ( (LO),Mo):0,a.s. 证明 由引理1.1知,存在零测集J//'C/2,使得 对任意固定的∞∈ \ 有 [ ) ( ,du) ( )]二 [ , ) 。(du)+6 。( )】。 为了证明对任意固定的 E \ 有 liar d ( (∞), )=0,只须证明对任意固定的(£, ∈ \ 有liar e( :(m), ):0且liar e(Mo,g: (∞))=0。 首先证明对任意固定的(£,∈ \ 有 liar e( (∞), )=0。即需证明:对任意固定的 ∈力\ 且对任意的s。>0,存在,v0( )。当t/,≥N (∞)时,有 ( )c + 。(0)。这里B蜘(0)={ ∈R : {I<s。}。下面我们证明:对任意固定的 ∈ \ 且对任意包含 的开集I,,存在Ⅳ0( ), 当nt>No(甜)时,有 ( )c 。反设此结论不成 立,则存在某个 。∈ { (蜘)},使得 (∞。)∈ 肘:(∞。),但 ( o)诺V。注意到 ( o)CD及D 的紧致性,则{ ( 。)}必存在聚点‰。又由于 为 开集,故X。隹V。另一方面,注意到式(6)、式(7)和 式(8),由文献[7]定理1(3)和定理2知,对任意固 定的 ∈ \ 有limsup ( )c 。其中 858 科学技术与工程 l0卷 liar sup ( )={ E R : 一,卜÷∞ —}∞ Xnk( ), 于是 (60)∈ I(60),V EN}。 故 。∈ ,这与 cV矛盾。特别地,取V= + B蜘(0)。 JJ f(Rm y , (∞),u) (∞,du)+6s ’ ( )(Y ,k)≤ ( )+占。 注意到Z ( )是有限的,则Y ( )∈S (∞)且 其次证明对任意固定的60∈n\√ 有liar e(Mo, J R (Y ,k(06),u) ( ,du)≤Z (60)+ 。故 ( ))=0。即需证明:对任意固定的60E \ 且。 对任意的 。>0,存在Ⅳ0(60),当n≥Ⅳ0(60)时,有 c (∞)+B印(0)。也即需证明:对任意固定的 06∈力\ 且对任意的 o E ,存在{ (60)}且 ( ) o,使得当n≥Ⅳ0( )时, (60)∈ (60)。 设 。∈Mo,由 的正则性,则存在{Y }且y 。, 使得Y ∈ 。,即Y ∈S0且l R|,t厂(Y ,n)肛o(du)< z0+8。故l mf(y ,u)p,o(du)+ (Y )<z0+8。 由引理1.1及式(8),我们有 ¨ r r ,“) (06,d“)+ ( )( )一 (^ ∞)一 l1 ept [ )/Xo(d“)+ 。( )一 ]’a.s. 即存在零测集 c力,使得对任意固定的∞E n\ ,有 IJr,  R ,“) (06,dⅡ)+6s )( )一 (^ ∞)一占卜1一 -r- 【J. )go(d )+ 。( )一乞一 】。 对每个固定的{Y },令 =Zo+ 一f R, (-Y , ) 0(dM)一8so(Y ), 则 >0。取^y,使得0< < ,由文献[9]定义2(2) 知,对任意固定的∞∈ \ ,存在{Y (∞)}且 Y ( ) ,使得当|j}≥Ⅳn(∞)时,有 I R Y . (∞),“) (∞,d“)+ s (60)(), , k(60))一Z^(∞)一 ≤j R√ Y , ) 0(du)+ 8So(Y )一zo一占+y≤0。 Y (∞)∈ (60)。即对任意固定的 ∈ \ ,且对 每个Y ,存在Ⅳ (∞),当 ≥Ⅳ (∞)时,有Y . (∞)∈ M ̄(60)。构造下列序列{ ( )}: ),1. (60),Ⅳl( )≤n< max{Ⅳl(∞),Ⅳ2( )}+1。 (60)= ,,2. (60),II1a】【{ⅣI(60),Ⅳ2(∞)}4-1≤n< max{N1(∞),^ (∞)Ⅳ3(∞)}+2。 由序列{ ( )}的构造,对所有的n≥Ⅳ0(∞):= N ( ),有 ( )∈ ( )。又由Y 一‰,则有 (∞)— 。。这就完成了证明。 推论2.1若随机规划问题(2)满足下列两个 条件: (1) ,“)关于觑 )×以 )可测,对任意 固定的“关于 连续,且存在关于 。可积的函数 (Ⅱ),使得If( ,M)I≤ ( ); (2)gi( ,Ⅱ)(i=1,2,…,d)关于 ( )× 以R )可测,对任意固定的 关于 下半连续,存在 关于 。可积的函数^y( ),使得g ( , )≥ ( ),且 和 为正则的。 则有 lim dⅣ( (∞), )=0,a.8. 2证明注意到 :(∞): 且 = ,由 定理2.1知推论2.1成立。 参考文献 1 Salinetti G.Consistency of statistical estimators:the epigraphical view.Stochastic Optimization:Algorithms and Applications,Uryasev S, 4期 霍永亮:随机规划经验逼近问题£.最优解集的几乎处处Hausdorf收敛性 859 Pardalos P M.Dordrecht:Kluwer Academic Publishers,2001: 365—383 7霍永亮,刘三阳.随机规划经验逼近最优解集序列的几乎处处上 半收敛性.工程数学学报.2007;24(4):7O1—706 8霍永亮 非线性随机规划的稳定性理论研究.西安:西安电子科 2 Dupaeova J,Wets R J—B.Asymptotic behavior of statistical estima— tors and of optimal solutions of optimization problems.The Annals of 技大学博士学位论文,2006 9霍永亮,刘三阳,于力.随机规划8一逼近最优解集序列的Hans— Statistics,1988;16(4):1517—1549 3 Artstein Z.Wets R J—B.Consistency of minimizers and the SLLN for dorf收敛性.应用数学,2006;19(4):852—856 10 Pennanen T,Koivu M.Epi-convergent discretiatzions of stochastic programs via integration quadratures.Numerisehe Mathematik, stochastic programs.Journal Convex Analysis,1995;2(1):1—17 4 Hess C.Epi-convergence of sequences of normal integrands and strong consistency of the maximum likelihood estimator.The Annals of Sta- 2005;100(1):141—163 tistics,1996;24(4):1298一l315 Almost Everywhere Hausdorff Convergence of e-optimal Solution Set Sequence of Empirical Approximations for Stochastic Programming HUO Yong—liang (College of Mathematical and Statistics,Chongqing University of Arts and Sciences,Chongqing 402160,P.R.China) [Abstract]To study almost everywhere Hausdorf convergence of s-optimal solution set sequence of empirical ap— proximations for stochastic programming,the convergence of empirical approximate optimal values for stochastic pro— ramming is discussed and the almostg everywhere Hausdorff convergence of 8一optimal solution sets of empirical ap— proximations for stochastic programming is given by using epi—convergence. [Key words] stochastic programming Hausdorff convergence empirical approximations £一optimal solution sets 

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