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HITSZ-OpenAuto/AUTO5023

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AUTO5023 - 凸优化与最优控制

考查课 学分 本研共通

成绩构成 随堂测验10% 作业20% 期末考试70%

2024 年秋情况:无随堂测验,作业(含凸优化习题以及最优控制大作业)占比为 30%,期末考试占比为 70%。

课程内容介绍

课程名称为“凸优化与最优控制”,其中用于讲解凸优化的课时占了约四分之三,尽管李衍杰老师每年都想要给“最优控制”多分配些课时。

教材与参考书

凸优化部分的参考教材是 Convex Optimization, Stephen Boyd & Lieven Vandenberghe。课上所使用的课件截取自配套课件(可从教材官网下载)。

最优控制部分的参考书有:

  1. A. E. Bryson and Y. C. Ho, Applied Optimal Control, New York: Taylor & Francis, 1975.
  2. D. E. Kirk, Optimal Control Theory an Introduction, New York, Dover Publication Inc., 2004.
  3. D. P. Bertsekas, Dynamic Programming and Optimal Control, Athena Scientific, 2007.

主要内容

{{% details title="第一讲 绪论" closed="true" %}} 主要内容是:凸优化与最优控制简介,包括各种凸优化和最优控制应用的实例。 {{% /details %}}

{{% details title="第二讲 凸集" closed="true" %}} 主要内容是:凸集的定义和例子,证明某集合是凸集的方法(重点),保持集合凸性的运算,广义不等式。 {{% /details %}}

{{% details title="第三讲 凸函数" closed="true" %}} 主要内容是:凸函数的定义和例子,证明某函数是凸函数的方法(重点),保持函数凸性的运算,共轭函数,准凸函数,对数凹函数和对数凸函数,关于广义不等式的凸性。 {{% /details %}}

{{% details title="第四讲 凸优化问题" closed="true" %}} 主要内容是:凸优化问题及其特殊实例,如线性规划、二次规划、二阶锥规划和半定规划等;各种优化问题之间的转化(重点),例如将非凸优化问题转化为凸优化问题,将非线性规划问题转化为线性规划问题等。 {{% /details %}}

{{% details title="第五讲 对偶理论" closed="true" %}} 主要内容是:拉格朗日对偶理论,对偶优化问题及其几何解释,KKT条件。这一讲都挺重要的,需要掌握其中的概念及推导。 {{% /details %}}

{{% details title="第六讲 无约束和等式约束" closed="true" %}} 主要内容是:梯度方法、最速下降法和牛顿法(重点),几乎不讨论收敛性分析。补充介绍了 Gauss-Newton 法。此外,还走马观花地讲了讲数值线性代数的知识,其中包括 Cholesky 分解、QR 分解、奇异值分解等常用的矩阵分解以及算法复杂度等。 {{% /details %}}

{{% details title="第七讲 内点法" closed="true" %}} 主要内容是:不等式约束优化问题的对数障碍函数方法(即“内点法”),关于内点法的收敛性只给出了多种解释而不讨论严格的收敛性分析。此外,简单提及了广义不等式约束优化问题和主对偶内点优化算法。 {{% /details %}}

{{% details title="第八、九讲 动态优化与最优控制(重点)" closed="true" %}} 主要内容是:动态优化问题(最优控制问题)的三大方法——变分法、庞德里亚金最大值原理和动态规划,以及最优控制的数值解法。 {{% /details %}}

文 / Hye, 2025.1

授课教师

  • 李衍杰
    • 课堂轻松愉悦,时常插入一些有趣的题外话。讲课节奏不快(甚至略显拖沓),有时会在一些具体示例上花很长时间讲解。不太点名。
    • 听课建议:可以重点听听优化问题之间的转化。
    • 课内知识我跳帧听讲,课外唠嗑我逐字分享。

文 / Hye, 2025.1

关于考试

允许携带一张A4纸。可以带计算器(但基本用不上)。

这门考试的考点其实是很明确的,因为所讲的内容确实不多。凸优化中的复杂证明在课上就不会讲到,而是被当作“对我们没有什么用处”的“纯粹的数学”一笔带过(笑)。而最优控制问题中的复杂计算又难以考查。考试中最难的也就是一些稍微需要技巧的证明(主要是优化问题之间的转化),如果之前没有了解具体方法未必能想出证法,不过好在这些在课上都会讲到。

文 / Hye, 2025.1

学习建议

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