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Convexidad de log det X???

En el libro de Boyd sobre optimización convexa demuestra la convexidad de log det X demostrando que es cóncava a lo largo de una línea, es decir, demuestra que el hessiano de la función $g(t) = f(Z+tV)$ es negativa, por lo que esta función es cóncava. Supone que $Z \in S_{++}^n$ y $V \in S^n$ para garantizar $Z+tV>0$ . Entiendo que para asegurar que el dominio de esta función es positivo asume $Z \in S_{++}^n$ pero ¿por qué asume que $V \in S^n$ . En los vídeos dice que V es una dirección, por lo que puede ser positiva o negativa, por lo que sólo se necesita la condición de simetría para V. No estoy seguro de lo que significa.

Incluso probé un ejemplo de $Z = \bigl(\begin{smallmatrix} 1 & 1\\ 1 & 2 \end{smallmatrix}\bigr)$ y $V = \bigl(\begin{smallmatrix} 0 & 1\\ 1 & -1 \end{smallmatrix}\bigr)$ donde $Z \in S_{++}^n$ y $V \in S^n$ . Suponiendo que t = 1, obtenemos $Z+tV = \bigl(\begin{smallmatrix} 1 & 2\\ 2 & 1 \end{smallmatrix}\bigr)$ que no es positiva definida.

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Básicamente Boyd está adoptando el enfoque de mostrar lo que sucede con $\log \det$ en un barrio de $t=0$ . Tienes razón en que puedes hacer $Z+tV$ en algo que no es positivo definitivo, pero ese no es realmente el punto aquí. De hecho, si dejas que $t=0.1$ entonces la suma sigue siendo p.d.

Lo que hace este enfoque es mostrar que si se tiene una línea que pasa por cualquier $Z$ Entonces puedes demostrar que es cóncavo a lo largo de esa línea. Eso no significa que tengas que seguir esa línea fuera del dominio en cuestión. Sólo te da una manera de mostrar la convexidad localmente.

En cuanto a $V$ siendo una "dirección": esto puede ser un poco confuso hasta que te das cuenta de que las matrices pueden ser vectores, y que $S^n$ es sólo un espacio vectorial. $Z+tV$ es sólo la expresión del hecho de que $Z$ es un vector, y añadiendo $tV$ (también un vector), se mueve en una línea a través de $Z$ . $V$ puede ser cualquier matriz simétrica, porque lo importante es que $Z$ es un miembro del dominio que estás viendo ( $S^n_{++}$ el dominio de $\log \det$ ).

Así que asumiendo $t$ es lo suficientemente pequeño, se puede responder a la pregunta de si $g$ es cóncava en una línea que pasa por $Z$ . El hecho de que $S^n_{++}$ es un subconjunto abierto de $S^n$ nos permite hacerlo.

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