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線性規劃——對偶問題的對偶問題

原對偶問題

(2) max y    b

T y s . t .    A
T
y + s = c s
0 \max_y\;b^Ty\\s.t.\;A^Ty+s=c\\s\geq 0\tag{2}
A R m × n , s R n , y R m A \in \R^{m\times n}, s \in \R^{n}, y \in \R^{m}

等價問題:
(2) min y    b T y s . t .    A T y + s = c s 0 \min_y\;-b^Ty\\s.t.\;A^Ty+s=c\\s\geq 0\tag{2}
對偶問題的推導參見博文《線性規劃——對偶問題的推導》。


引入拉格朗日函式: L ( x , y , s ) = b T y + x T ( A T y + s c ) L(x,y,s) = -b^Ty +x^T(A^Ty+s-c)
g ( x ) inf y , s L ( x , y , s ) = inf y , s { c T x + ( A x b ) T y + x T s } = c T x + inf y ( A T x b ) T y + inf s x T s g(x) \triangleq \inf_{y,s}L(x,y,s) \\= \inf_{y,s} \{-c^Tx +(Ax-b)^Ty +x^Ts\} \\=-c^Tx +\inf_y(A^Tx-b)^Ty +\inf_sx^Ts

分開來看,
inf y ( A x b ) T y = { 0 ,                        A x b = 0 ,                o t h e r w i s e \inf_y(Ax-b)^Ty \\=\left\{ \begin{array}{lr} 0, \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;Ax-b=0& \\ -\infty, \;\;\;\;\;\;\;otherwise& \end{array} \right.
inf s x T s = { 0 ,                        z 0 ,                o t h e r w i s e \inf_sx^Ts \\=\left\{ \begin{array}{lr} 0, \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;z \geq0& \\ -\infty, \;\;\;\;\;\;\;otherwise& \end{array} \right.
顯然,最大化 g ( x ) g(x) 只有在其有下界時有意義。因此得到約束條件: A x b = 0 , z 0 Ax-b=0, z \geq0。
原對偶問題的對偶問題為: m a x i m i z e      c T x s . t .      A x b = 0 z 0 maximize \;\;-c^Tx \\s.t.\;\;Ax-b=0\\z \geq0 等價於 m i n i m i z e      c T x s . t .      A x b = 0 z 0 minimize \;\;c^Tx \\s.t.\;\;Ax-b=0\\z \geq0 即為線性規劃的標準形式。
得出結論: 線性規劃的對偶問題的對偶問題是原問題