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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|ESE 605

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凸优化是数学优化的一个子领域,研究的是凸集上凸函数最小化的问题。许多类凸优化问题都有多项时间算法,而数学优化一般来说是NP困难的。

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|ESE 605

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Supremum and infimum

In mathematics, given a subset $S$ of a partially ordered set $T$, the supremum (sup) of $S$, if it exists, is the least element of $T$ that is greater than or equal to each element of $S$. Consequently, the supremum is also referred to as the least upper bound, lub or $L U B$. If the supremum exists, it may or may not belong to $S$. On the other hand, the infimum (inf) of $S$ is the greatest element in $T$, not necessarily in $S$, that is less than or equal to all elements of $S$. Consequently the

term greatest lower bound (also abbreviated as glb or GLB) is also commonly used. Consider a set $C \subseteq \mathbb{R}$.

  • A number $a$ is an upper bound (lower bound) on $C$ if for each $x \in C, x \leq$ $a(x \geq a)$.
  • A number $b$ is the least upper bound (greatest lower bound) or the supremum (infimum) of $C$ if
    (i) $b$ is an upper bound (lower bound) on $C$, and
    (ii) $b \leq a(b \geq a)$ for every upper bound (lower bound) $a$ on $C$.
    Remark $1.8$ An infimum is in a precise sense dual to the concept of a supremum and vice versa. For instance, sup $C=\infty$ if $C$ is unbounded above and inf $C=$ $-\infty$ if $C$ is unbounded below.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Derivative and gradient

Since vector limits are computed by taking the limit of each coordinate function, we can write the function $f: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}^{m}$ for a point $\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n}$ as follows:
$$
\boldsymbol{f}(\mathbf{x})=\left[\begin{array}{c}
f_{1}(\mathbf{x}) \
f_{2}(\mathbf{x}) \
\vdots \
f_{m}(\mathbf{x})
\end{array}\right]=\left(f_{1}(\mathbf{x}), f_{2}(\mathbf{x}), \ldots, f_{m}(\mathbf{x})\right)
$$
where each $f_{i}(\mathbf{x})$ is a function from $\mathbb{R}^{n}$ to $\mathbb{R}$. Now, $\frac{\partial \boldsymbol{f}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}$ can be defined as
$$
\frac{\partial \boldsymbol{f}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}=\left[\begin{array}{c}
\frac{\partial f_{1}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}} \
\frac{\partial f_{2}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}} \
\vdots \
\frac{\partial f_{m}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}
\end{array}\right]=\left(\frac{\partial f_{1}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}, \frac{\partial f_{2}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}, \ldots, \frac{\partial f_{m}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}\right)
$$
The above vector is a tangent vector at the point $\mathbf{x}$ of the curve $\boldsymbol{f}$ obtained by varying only $x_{j}$ (the $j$ th coordinate of $\mathbf{x}$ ) with $x_{i}$ fixed for all $i \neq j$.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|ESE 605

凸优化代写

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Supremum and infimum

在数学中,给定一个子集 $S$ 偏序集的 $T$ ,的上确界 (sup) $S$ ,如果存在,是最小的元素 $T$ 大于或等于的每个元素 $S$. 因此,上界也称为最小上界,lub 或 $L U B$. 如果上界存在,它可能属于也可能不属于 $S$. 另一方面,下确界 (inf) $S$ 是最大的元素 $T$ ,不一定在 $S$ ,即小于或等于所有元素 $S$. 因此
术语最大下限(也缩写为 $g l b$ 或 $G L B$ )也常用。考虑一个集合 $C \subseteq \mathbb{R}$.

  • 一个号码 $a$ 是上界 (下界) $C$ 如果对于每个 $x \in C, x \leq a(x \geq a)$.
  • 一个号码 $b$ 是最小上界 (最大下界) 或上确界 (下确界) $C$ 如果
    (一) $b$ 是上界 (下界) $C$, 和
    (ii) $b \leq a(b \geq a)$ 对于每个上限 (下限) $a$ 上 $C$.
    评论1.8在精确意义上,下确界与上确界概念是对偶的,反之亦然。例如,苏 $C=\infty$ 如果 $C$ 在上面和inf 上是无界的 $C=-\infty$ 如果 $C$ 下面是无界的。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Derivative and gradient

由于向量限制是通过获取每个坐标函数的限制来计算的,所以我们可以编写函数 $f: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}^{m}$ 为了一点 $\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n}$ 如下:
$$
\boldsymbol{f}(\mathbf{x})=\left[f_{1}(\mathbf{x}) f_{2}(\mathbf{x}) \vdots f_{m}(\mathbf{x})\right]=\left(f_{1}(\mathbf{x}), f_{2}(\mathbf{x}), \ldots, f_{m}(\mathbf{x})\right)
$$
其中每个 $f_{i}(\mathbf{x})$ 是一个函数 $\mathbb{R}^{n}$ 至 $\mathbb{R}$. 现在, $\frac{\partial f(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}$ 可以定义为
$$
\frac{\partial \boldsymbol{f}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}=\left[\frac{\partial f_{1}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}} \frac{\partial f_{2}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}: \frac{\partial f_{m}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}\right]=\left(\frac{\partial f_{1}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}, \frac{\partial f_{2}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}, \ldots, \frac{\partial f_{m}(\mathbf{x})}{\partial x_{j}}\right)
$$
上面的向量是该点的切向量 $\mathbf{x}$ 曲线的 $\boldsymbol{f}$ 仅通过变化获得 $x_{j}$ (这 $j$ 的坐标 $\left.\mathbf{x}\right)$ 和 $x_{i}$ 为所有人固定 $i \neq j$.

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金融工程代写

金融工程是使用数学技术来解决金融问题。金融工程使用计算机科学、统计学、经济学和应用数学领域的工具和知识来解决当前的金融问题,以及设计新的和创新的金融产品。

非参数统计代写

非参数统计指的是一种统计方法,其中不假设数据来自于由少数参数决定的规定模型;这种模型的例子包括正态分布模型和线性回归模型。

广义线性模型代考

广义线性模型(GLM)归属统计学领域,是一种应用灵活的线性回归模型。该模型允许因变量的偏差分布有除了正态分布之外的其它分布。

术语 广义线性模型(GLM)通常是指给定连续和/或分类预测因素的连续响应变量的常规线性回归模型。它包括多元线性回归,以及方差分析和方差分析(仅含固定效应)。

有限元方法代写

有限元方法(FEM)是一种流行的方法,用于数值解决工程和数学建模中出现的微分方程。典型的问题领域包括结构分析、传热、流体流动、质量运输和电磁势等传统领域。

有限元是一种通用的数值方法,用于解决两个或三个空间变量的偏微分方程(即一些边界值问题)。为了解决一个问题,有限元将一个大系统细分为更小、更简单的部分,称为有限元。这是通过在空间维度上的特定空间离散化来实现的,它是通过构建对象的网格来实现的:用于求解的数值域,它有有限数量的点。边界值问题的有限元方法表述最终导致一个代数方程组。该方法在域上对未知函数进行逼近。[1] 然后将模拟这些有限元的简单方程组合成一个更大的方程系统,以模拟整个问题。然后,有限元通过变化微积分使相关的误差函数最小化来逼近一个解决方案。

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随机分析代写


随机微积分是数学的一个分支,对随机过程进行操作。它允许为随机过程的积分定义一个关于随机过程的一致的积分理论。这个领域是由日本数学家伊藤清在第二次世界大战期间创建并开始的。

时间序列分析代写

随机过程,是依赖于参数的一组随机变量的全体,参数通常是时间。 随机变量是随机现象的数量表现,其时间序列是一组按照时间发生先后顺序进行排列的数据点序列。通常一组时间序列的时间间隔为一恒定值(如1秒,5分钟,12小时,7天,1年),因此时间序列可以作为离散时间数据进行分析处理。研究时间序列数据的意义在于现实中,往往需要研究某个事物其随时间发展变化的规律。这就需要通过研究该事物过去发展的历史记录,以得到其自身发展的规律。

回归分析代写

多元回归分析渐进(Multiple Regression Analysis Asymptotics)属于计量经济学领域,主要是一种数学上的统计分析方法,可以分析复杂情况下各影响因素的数学关系,在自然科学、社会和经济学等多个领域内应用广泛。

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MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中,其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括:数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发,包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统,其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题,尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题,而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问,这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展,得到了许多用户的投入。在大学环境中,它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域,MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要,工具箱允许您学习应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数(M 文件)的综合集合,可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。

R语言代写问卷设计与分析代写
PYTHON代写回归分析与线性模型代写
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STATA代写机器学习/统计学习代写
SPSS代写计量经济学代写
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EXCEL代写深度学习代写
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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|CS 531

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凸优化是数学优化的一个子领域,研究的是凸集上凸函数最小化的问题。许多类凸优化问题都有多项时间算法,而数学优化一般来说是NP困难的。

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|CS 531

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Norm ball

The norm ball of a point $\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n}$ is defined as the following set ${ }^{1}$
$$
B(\mathbf{x}, r)=\left{\mathbf{y} \in \mathbb{R}^{n} \mid|\mathbf{y}-\mathbf{x}| \leq r\right} .
$$
where $r$ is the radius and $\mathbf{x}$ is the center of the norm ball. It is also called the neighborhood of the point $\mathbf{x}$. For the case of $n=2, \mathbf{x}=\mathbf{0}{2}$, and $r=1$, the 2 norm ball is $B(\mathbf{x}, r)=\left{\mathbf{y} \mid y{1}^{2}+y_{2}^{2} \leq 1\right}$ (a circular disk of radius equal to 1 ), the 1-norm ball is $B(\mathbf{x}, r)=\left{\mathbf{y}|| y_{1}|+| y_{2} \mid \leq 1\right}$ (a 2-dimensional cross-polytope of area equal to 2 ), and the $\infty$-norm ball is $B(\mathbf{x}, r)=\left{\mathbf{y}|| y_{1}|\leq 1,| y_{2} \mid \leq 1\right$,$} (a$ square of area equal to 4) (see Figure 1.1). Note that the norm ball is symmetric with respect to (w.r.t.) the origin, convex, closed, bounded and has nonempty interior. Moreover, the 1-norm ball is a subset of the 2-norm ball which is a subset of $\infty$-norm ball, due to the following inequality:
$$
|\mathbf{v}|_{p} \leq|\mathbf{v}|_{q}
$$
where $\mathbf{v} \in \mathbb{R}^{n}, p$ and $q$ are real and $p>q \geq 1$, and the equality holds when $\mathbf{v}=$ re $_{i}$, i.e., all the $p$-norm balls of constant radius $r$ have intersections at $r \mathbf{e}{i}, i=$ $1, \ldots, n$. For instance, in Figure 1.1, $\left|\mathbf{x}{1}\right|_{p}=1$ for all $p \geq 1$, and $\left|\mathbf{x}{2}\right|{\infty}=1<$ $\left|\mathbf{x}{2}\right|{2}=\sqrt{2}<\left|\mathbf{x}{2}\right|{1}=2$. The inequality (1.17) is proven as follows.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Interior point

A point $\mathbf{x}$ in a set $C \subseteq \mathbb{R}^{n}$ is an interior point of the set $C$ if there exists an $\epsilon>0$ for which $B(\mathbf{x}, \epsilon) \subseteq C$ (see Figure 1.3). In other words, a point $\mathbf{x} \in C$ is said to be an interior point of the set $C$ if the set $C$ contains some neighborhood of $\mathbf{x}$, that is, if all points within some neighborhood of $\mathbf{x}$ are also in $C$.

Remark $1.7$ The set of all the interior points of $C$ is called the interior of $C$ and is represented as int $C$, which can also be expressed as
$$
\text { int } C={\mathbf{x} \in C \mid B(\mathbf{x}, r) \subseteq C \text {, for some } r>0} \text {, }
$$
which will be frequently used in many proofs directly or indirectly in the ensuing chapters.
Complement, scaled sets, and sum of sets
The complement of a set $C \subset \mathbb{R}^{n}$ is defined as follows (see Figure 1.3):
$$
\mathbb{R}^{n} \backslash C=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid \mathbf{x} \notin C\right},
$$
where ” $\backslash$ ” denotes the set difference, i.e., $A \backslash B={\mathbf{x} \in A \mid \mathbf{x} \notin B}$. The set $C \subset$ $\mathbb{R}^{n}$ scaled by a real number $\alpha$ is a set defined as
$$
\alpha \cdot C \triangleq{\alpha \mathbf{x} \mid \mathbf{x} \in C}
$$

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|CS 531

凸优化代写

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Matrix norm

在数学中,矩阵范数是向量范数概念对矩阵的自然扩展。接下来介绍整本书所需的一些有用的矩阵范数。的 Frobenius 范数 $m \times n$ 矩阵 $\mathbf{A}$ 定义为
$$
|\mathbf{A}| \mathbf{F}=\left(\sum i=1^{m} \sum_{j=1}^{n}|[\mathbf{A}] i j|^{2}\right)^{1 / 2}=\sqrt{\operatorname{Tr}\left(\mathbf{A}^{T} \mathbf{A}\right)}
$$
在哪里
$$
\operatorname{Tr}(\mathbf{X})=\sum i=1^{n}[\mathbf{X}] i i
$$
表示方阵的迹 $\mathbf{X} \in \mathbb{R}^{n \times n}$. 作为 $n=1, \mathrm{~A}$ 减少为一个维度的列向量 $m$ 并且它的 Frobenius 范数也简化为向 量的 2 范数。另一类范数称为诱导范数或算子范数。假设 $|\cdot| a$ 和 $|\cdot| b$ 是关于 $\mathbb{R}^{m}$ 和 $\mathbb{R}^{n}$ ,分别。那么算子/ 诱导范数 $\mathbf{A} \in \mathbb{R}^{m \times n}$ ,由规范诱导 $|\cdot| a$ 和 ||$_{b}$ ,定义为
$\mid \backslash$ mathbf $A \mid-a, b=\backslash$ sup $\backslash$ left
在哪里 $\sup (C)$ 表示集合的最小上界 $C .$ 作为 $a=b$ ,我们简单地表示 $|\mathbf{A}| a, b$ 经过 $|\mathbf{A}| a$. 常用的诱导范数 $m \times n$ 矩阵如下面所述:
$|\mathbf{A}| 1=\max |\mathbf{u}| 1 \leq 1 \sum_{j=1}^{n} u_{j} \mathbf{a} j|1, \quad(a=b=1) \quad \leq \max | \mathbf{u}\left|1 \leq 1 \sum_{j=1}^{n}\right| u_{j}|\cdot| \mathbf{a} j \mid 1$ (by triangle in

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Inner product

两个实向量的内积 $\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n}$ 和 $\mathbf{y} \in \mathbb{R}^{n}$ 是实数标量,定义为
$$
\langle\mathbf{x}, \mathbf{y}\rangle=\mathbf{y}^{T} \mathbf{x}=\sum_{i=1}^{n} x_{i} y_{i}
$$
如果 $\mathbf{x}$ 和 $\mathbf{y}$ 是复数向量,则上式中的转置将被 Hermitian 代替。请注意,向量的内积的平方根 $\mathbf{x w i t h}$ 本身给 出了 该向量的欧几里得范数。
Cauchy-Schwartz 不等式:对于任意两个向量 $\mathbf{x}$ 和 $\mathbf{y}$ 在 $\mathbb{R}^{n}$ , CauchySchwartz 不等式
$$
|\langle\mathbf{x}, \mathbf{y}\rangle| \leq|\mathbf{x}| 2 \cdot|\mathbf{y}| 2
$$
持有。此外,等式成立当且仅当 $\mathbf{x}=\alpha \mathbf{y}$ 对于一些 $\alpha \in \mathbb{R}$. 勾股定理: 如果两个向量 $\mathbf{x}$ 和 $\mathbf{y}$ 在 $\mathbb{R}^{n}$ 是正交的, 即 $\langle\mathbf{x}, \mathbf{y}\rangle=0$, 然后
$$
|\mathbf{x}+\mathbf{y}| 2^{2}=(\mathbf{x}+\mathbf{y})^{T}(\mathbf{x}+\mathbf{y})=|\mathbf{x}| 2^{2}+2(\mathbf{x}, \mathbf{y}\rangle+|\mathbf{y}| 2^{2}=|\mathbf{x}| 2^{2}+|\mathbf{y}|_{2}^{2}
$$

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金融工程代写

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非参数统计指的是一种统计方法,其中不假设数据来自于由少数参数决定的规定模型;这种模型的例子包括正态分布模型和线性回归模型。

广义线性模型代考

广义线性模型(GLM)归属统计学领域,是一种应用灵活的线性回归模型。该模型允许因变量的偏差分布有除了正态分布之外的其它分布。

术语 广义线性模型(GLM)通常是指给定连续和/或分类预测因素的连续响应变量的常规线性回归模型。它包括多元线性回归,以及方差分析和方差分析(仅含固定效应)。

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有限元方法(FEM)是一种流行的方法,用于数值解决工程和数学建模中出现的微分方程。典型的问题领域包括结构分析、传热、流体流动、质量运输和电磁势等传统领域。

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随机微积分是数学的一个分支,对随机过程进行操作。它允许为随机过程的积分定义一个关于随机过程的一致的积分理论。这个领域是由日本数学家伊藤清在第二次世界大战期间创建并开始的。

时间序列分析代写

随机过程,是依赖于参数的一组随机变量的全体,参数通常是时间。 随机变量是随机现象的数量表现,其时间序列是一组按照时间发生先后顺序进行排列的数据点序列。通常一组时间序列的时间间隔为一恒定值(如1秒,5分钟,12小时,7天,1年),因此时间序列可以作为离散时间数据进行分析处理。研究时间序列数据的意义在于现实中,往往需要研究某个事物其随时间发展变化的规律。这就需要通过研究该事物过去发展的历史记录,以得到其自身发展的规律。

回归分析代写

多元回归分析渐进(Multiple Regression Analysis Asymptotics)属于计量经济学领域,主要是一种数学上的统计分析方法,可以分析复杂情况下各影响因素的数学关系,在自然科学、社会和经济学等多个领域内应用广泛。

MATLAB代写

MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中,其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括:数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发,包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统,其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题,尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题,而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问,这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展,得到了许多用户的投入。在大学环境中,它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域,MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要,工具箱允许您学习应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数(M 文件)的综合集合,可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。

R语言代写问卷设计与分析代写
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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|EECS 559

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|EECS 559

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Matrix norm

In mathematics, a matrix norm is a natural extension of the notion of a vector norm to matrices. Some useful matrix norms needed throughout the book are introduced next.
The Frobenius norm of an $m \times n$ matrix $\mathbf{A}$ is defined as
$$
|\mathbf{A}|_{\mathrm{F}}=\left(\sum_{i=1}^{m} \sum_{j=1}^{n}\left|[\mathbf{A}]{i j}\right|^{2}\right)^{1 / 2}=\sqrt{\operatorname{Tr}\left(\mathbf{A}^{T} \mathbf{A}\right)} $$ where $$ \operatorname{Tr}(\mathbf{X})=\sum{i=1}^{n}[\mathbf{X}]_{i i}
$$
denotes the trace of a square matrix $\mathbf{X} \in \mathbb{R}^{n \times n}$. As $n=1$, A reduces to a column vector of dimension $m$ and its Frobenius norm also reduces to the 2 -norm of the vector.

The other class of norm is known as the induced norm or operator norm. Suppose that $|\cdot|_{a}$ and $|\cdot|_{b}$ are norms on $\mathbb{R}^{m}$ and $\mathbb{R}^{n}$, respectively. Then the operator/induced norm of $\mathbf{A} \in \mathbb{R}^{m \times n}$, induced by the norms $|\cdot|_{a}$ and $\left|_{\cdot}\right|_{b}$, is defined as
$$
|\mathbf{A}|_{a, b}=\sup \left{|\mathbf{A} \mathbf{u}|_{a} \mid|\mathbf{u}|_{b} \leq 1\right}
$$
where $\sup (C)$ denotes the least upper bound of the set $C$. As $a=b$, we simply denote $|\mathbf{A}|_{a, b}$ by $|\mathbf{A}|_{a}$.
Commonly used induced norms of an $m \times n$ matrix
$$
\mathbf{A}=\left{a_{i j}\right}_{m \times n}=\left[\mathbf{a}{1}, \ldots, \mathbf{a}{n}\right]
$$
are as follows:
$$
\begin{aligned}
|\mathbf{A}|_{1} &=\max {|\mathbf{u}|{1} \leq 1} \sum_{j=1}^{n} u_{j} \mathbf{a}{j} |{1}, \quad(a=b=1) \
& \leq \max {|\mathbf{u}|{1} \leq 1} \sum_{j=1}^{n}\left|u_{j}\right| \cdot\left|\mathbf{a}{j}\right|{1} \text { (by triangle inequality) } \
&=\max {1 \leq j \leq n}\left|\mathbf{a}{j}\right|_{1}=\max {1 \leq j \leq n} \sum{i=1}^{m}\left|a_{i j}\right|
\end{aligned}
$$

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Inner product

The inner product of two real vectors $\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n}$ and $\mathbf{y} \in \mathbb{R}^{n}$ is a real scalar and is defined as
$$
\langle\mathbf{x}, \mathbf{y}\rangle=\mathbf{y}^{T} \mathbf{x}=\sum_{i=1}^{n} x_{i} y_{i}
$$
If $\mathbf{x}$ and $\mathbf{y}$ are complex vectors, then the transpose in the above equation will be replaced by Hermitian. Note that the square root of the inner product of a vector $\mathbf{x}$ with itself gives the Euclidean norm of that vector.

Cauchy-Schwartz inequality: For any two vectors $\mathbf{x}$ and $\mathbf{y}$ in $\mathbb{R}^{n}$, the CauchySchwartz inequality
$$
|\langle\mathbf{x}, \mathbf{y}\rangle| \leq|\mathbf{x}|_{2} \cdot|\mathbf{y}|_{2}
$$
holds. Furthermore, the equality holds if and only if $\mathbf{x}=\alpha \mathbf{y}$ for some $\alpha \in \mathbb{R}$. Pythagorean theorem: If two vectors $\mathbf{x}$ and $\mathbf{y}$ in $\mathbb{R}^{n}$ are orthogonal, i.e., $\langle\mathbf{x}, \mathbf{y}\rangle=0$, then
$$
|\mathbf{x}+\mathbf{y}|_{2}^{2}=(\mathbf{x}+\mathbf{y})^{T}(\mathbf{x}+\mathbf{y})=|\mathbf{x}|_{2}^{2}+2(\mathbf{x}, \mathbf{y}\rangle+|\mathbf{y}|_{2}^{2}=|\mathbf{x}|_{2}^{2}+|\mathbf{y}|_{2}^{2}
$$

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|EECS 559

凸优化代写

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Matrix norm

在数学中,矩阵范数是向量范数概念对矩阵的自然扩展。接下来介绍整本书所需的一些有用的矩阵范数。 的 Frobenius 范数 $m \times n$ 矩阵 $\mathbf{A}$ 定义为
$$
|\mathbf{A}|{\mathrm{F}}=\left(\sum{i=1}^{m} \sum_{j=1}^{n}|[\mathbf{A}] i j|^{2}\right)^{1 / 2}=\sqrt{\operatorname{Tr}\left(\mathbf{A}^{T} \mathbf{A}\right)}
$$
在哪里
$$
\operatorname{Tr}(\mathbf{X})=\sum i=1^{n}[\mathbf{X}]{i i} $$ 表示方阵的迹 $\mathbf{X} \in \mathbb{R}^{n \times n}$. 作为 $n=1, \mathrm{~A}$ 减少为一个维度的列向量 $m$ 并且它的 Frobenius 范数也简化为向量的 2 范数。 另一类范数称为诱导范数或算子范数。假设 $|\cdot|{a}$ 和 $|\cdot|{b}$ 是关于 $\mathbb{R}^{m}$ 和 $\mathbb{R}^{n}$ ,分别。那么算子/诱导范数 $\mathbf{A} \in \mathbb{R}^{m \times n}$ ,由规范诱导 $|\cdot|{a}$ 和 ||$_{b}$ ,定义为
$\mid \backslash$ mathbf $\left.{A}\right|{-}{a, b}=\backslash$ sup $\backslash$ left $\left{\mid \backslash\right.$ mathbf ${A} \backslash$ mathbf $\left.{u}\right|{-}{a} \backslash$ mid $\mid \backslash$ mathbf $\left.{u}\right|{-}{b} \backslash l e q$ 1 右 $}$ 在哪里 $\sup (C)$ 表示集合的最小上界 $C$. 作为 $a=b$ ,我们简单地表示 $|\mathbf{A}|{a, b}$ 经过 $|\mathbf{A}|{a}$. 常用的诱导范数 $m \times n$ 矩阵 如下面所述: $$ |\mathbf{A}|{1}=\max |\mathbf{u}| 1 \leq 1 \sum_{j=1}^{n} u_{j} \mathbf{a} j|1, \quad(a=b=1) \quad \leq \max | \mathbf{u}\left|1 \leq 1 \sum_{j=1}^{n}\right| u_{j}|\cdot| \mathbf{a} j \mid 1 \text { (by triangle in }
$$

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Inner product

两个实向量的内积 $\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n}$ 和 $\mathbf{y} \in \mathbb{R}^{n}$ 是实数标量,定义为
$$
\langle\mathbf{x}, \mathbf{y}\rangle=\mathbf{y}^{T} \mathbf{x}=\sum_{i=1}^{n} x_{i} y_{i}
$$
如果 $\mathbf{x}$ 和 $\mathbf{y}$ 是复数向量,则上式中的转置将被 Hermitian 代替。请注意,向量的内积的平方根 $\mathbf{x w i t h}$ 本身给出了 该向量的欧几里得范数。
Cauchy-Schwartz 不等式:对于任意两个向量 $\mathbf{x}$ 和 $\mathbf{y}$ 在 $\mathbb{R}^{n}$, CauchySchwartz 不等式
$$
|\langle\mathbf{x}, \mathbf{y}\rangle| \leq|\mathbf{x}|{2} \cdot|\mathbf{y}|{2}
$$
持有。此外,等式成立当且仅当 $\mathbf{x}=\alpha \mathbf{y}$ 对于一些 $\alpha \in \mathbb{R}$. 勾股定理:如果两个向量 $\mathbf{x}$ 和 $\mathbf{y}$ 在 $\mathbb{R}^{n}$ 是正交的,即 $\langle\mathbf{x}, \mathbf{y}\rangle=0 ,$ 然后
$$
|\mathbf{x}+\mathbf{y}|{2}^{2}=(\mathbf{x}+\mathbf{y})^{T}(\mathbf{x}+\mathbf{y})=|\mathbf{x}|{2}^{2}+2(\mathbf{x}, \mathbf{y}\rangle+|\mathbf{y}|{2}^{2}=|\mathbf{x}|{2}^{2}+|\mathbf{y}|_{2}^{2}
$$

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考 请认准statistics-lab™

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金融工程代写

金融工程是使用数学技术来解决金融问题。金融工程使用计算机科学、统计学、经济学和应用数学领域的工具和知识来解决当前的金融问题,以及设计新的和创新的金融产品。

非参数统计代写

非参数统计指的是一种统计方法,其中不假设数据来自于由少数参数决定的规定模型;这种模型的例子包括正态分布模型和线性回归模型。

广义线性模型代考

广义线性模型(GLM)归属统计学领域,是一种应用灵活的线性回归模型。该模型允许因变量的偏差分布有除了正态分布之外的其它分布。

术语 广义线性模型(GLM)通常是指给定连续和/或分类预测因素的连续响应变量的常规线性回归模型。它包括多元线性回归,以及方差分析和方差分析(仅含固定效应)。

有限元方法代写

有限元方法(FEM)是一种流行的方法,用于数值解决工程和数学建模中出现的微分方程。典型的问题领域包括结构分析、传热、流体流动、质量运输和电磁势等传统领域。

有限元是一种通用的数值方法,用于解决两个或三个空间变量的偏微分方程(即一些边界值问题)。为了解决一个问题,有限元将一个大系统细分为更小、更简单的部分,称为有限元。这是通过在空间维度上的特定空间离散化来实现的,它是通过构建对象的网格来实现的:用于求解的数值域,它有有限数量的点。边界值问题的有限元方法表述最终导致一个代数方程组。该方法在域上对未知函数进行逼近。[1] 然后将模拟这些有限元的简单方程组合成一个更大的方程系统,以模拟整个问题。然后,有限元通过变化微积分使相关的误差函数最小化来逼近一个解决方案。

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随机分析代写


随机微积分是数学的一个分支,对随机过程进行操作。它允许为随机过程的积分定义一个关于随机过程的一致的积分理论。这个领域是由日本数学家伊藤清在第二次世界大战期间创建并开始的。

时间序列分析代写

随机过程,是依赖于参数的一组随机变量的全体,参数通常是时间。 随机变量是随机现象的数量表现,其时间序列是一组按照时间发生先后顺序进行排列的数据点序列。通常一组时间序列的时间间隔为一恒定值(如1秒,5分钟,12小时,7天,1年),因此时间序列可以作为离散时间数据进行分析处理。研究时间序列数据的意义在于现实中,往往需要研究某个事物其随时间发展变化的规律。这就需要通过研究该事物过去发展的历史记录,以得到其自身发展的规律。

回归分析代写

多元回归分析渐进(Multiple Regression Analysis Asymptotics)属于计量经济学领域,主要是一种数学上的统计分析方法,可以分析复杂情况下各影响因素的数学关系,在自然科学、社会和经济学等多个领域内应用广泛。

MATLAB代写

MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中,其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括:数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发,包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统,其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题,尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题,而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问,这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展,得到了许多用户的投入。在大学环境中,它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域,MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要,工具箱允许您学习应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数(M 文件)的综合集合,可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Quasiconvex functions

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凸优化是数学优化的一个子领域,研究的是凸集上凸函数最小化的问题。许多类凸优化问题都有多项时间算法,而数学优化一般来说是NP困难的。

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Quasiconvex functions

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Definition and examples

A function $f: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}$ is said to be quasiconvex if its domain and all its $\alpha$ sublevel sets defined as
$$
S_{a}={\mathbf{x} \mid \mathbf{x} \in \operatorname{dom} f, f(\mathbf{x}) \leq \alpha}
$$
(see Figure $3.8$ ) are convex for every $\alpha$. Moreover,

  • $f$ is quasiconvex if $f$ is convex since every sublevel set of convex functions is a convex set (cf. Remark 3.5), but the converse is not necessarily true.
  • $f$ is quasiconcave if $-f$ is quasiconvex. It is also true that $f$ is quasiconcave if its domain and all the $\alpha$-superlevel sets defined as
  • $$
  • \mathcal{S}_{\alpha}={\mathbf{x} \mid \mathbf{x} \in \operatorname{dom} f, f(\mathbf{x}) \geq \alpha}
  • $$
  • are convex for every $\alpha$.
  • $f$ is quasilinear if $f$ is both quasiconvex and quasiconcave.
  • The relationships among convex functions, quasiconvex functions, concave functions, and quasiconcave functions are illustrated in Figure 3.9.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Modified Jensen’s inequality

A function $f: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}$ is quasiconvex if and only if
$$
f(\theta \mathbf{x}+(1-\theta) \mathbf{y}) \leq \max {f(\mathbf{x}), f(\mathbf{y})}
$$
for all $\mathbf{x}, \mathbf{y} \in \operatorname{dom} f$, and $0 \leq \theta \leq 1$ (see Figure $3.8$ ).
Proof: Let us prove the necessity followed by sufficiency.

  • Necessity: Let $\mathbf{x}, \mathbf{y} \in \operatorname{dom} f$. Choose $\alpha=\max {f(\mathbf{x}), f(\mathbf{y})}$. Then $\mathbf{x}, \mathbf{y} \in S_{\alpha}$. Since $f$ is quasiconvex by assumption, $S_{\alpha}$ is convex, that is, for $\theta \in[0,1]$,
    $$
    \begin{aligned}
    &\theta \mathbf{x}+(1-\theta) \mathbf{y} \in S_{\alpha} \
    &\Rightarrow f(\theta \mathbf{x}+(1-\theta) \mathbf{y}) \leq \alpha=\max {f(\mathbf{x}), f(\mathbf{y})}
    \end{aligned}
    $$
  • Sufficiency: For every $\alpha$, pick two points $\mathbf{x}, \mathbf{y} \in S_{\alpha} \Rightarrow f(\mathbf{x}) \leq \alpha, f(\mathbf{y}) \leq \alpha$. Since for $0 \leq \theta \leq 1, f(\theta \mathbf{x}+(1-\theta) \mathbf{y}) \leq \max {f(\mathbf{x}), f(\mathbf{y})} \leq \alpha($ by $(3.106))$, we have
    $$
    \theta \mathbf{x}+(1-\theta) \mathbf{y} \in S_{\alpha}
    $$
    Therefore, $S_{\alpha}$ is convex and thus the function $f$ is quasiconvex.
    Remark 3.33 $f$ is quasiconcave if and only if
    $$
    f(\theta \mathbf{x}+(1-\theta) \mathbf{y}) \geq \min {f(\mathbf{x}), f(\mathbf{y})}
    $$
    for all $\mathbf{x}, \mathbf{y} \in \operatorname{dom} f$, and $0 \leq \theta \leq 1$. This is also the modified Jensen’s inequality for quasiconcave functions. If the inequality (3.106) holds strictly for $0<\theta<1$, then $f$ is strictly quasiconvex. Similarly, if the inequality (3.107) holds strictly for $0<\theta<1$, then $f$ is strictly quasiconcave.
    Remark 3.34 Since the rank of a PSD matrix is quasiconcave,
    $$
    \operatorname{rank}(\mathbf{X}+\mathbf{Y}) \geq \min {\operatorname{rank}(\mathbf{X}), \operatorname{rank}(\mathbf{Y})}, \mathbf{X}, \mathbf{Y} \in \mathbb{S}{+}^{\mathrm{n}} $$ holds true. This can be proved by (3.107), by which we get $$ \operatorname{rank}(\theta \mathbf{X}+(1-\theta) \mathbf{Y}) \geq \min {\operatorname{rank}(\mathbf{X}), \operatorname{rank}(\mathbf{Y})} $$ for all $\mathbf{X} \in \mathbb{S}{+}^{n}, \mathbf{Y} \in \mathbb{S}_{+}^{n}$, and $0 \leq \theta \leq 1$. Then replacing $\mathbf{X}$ by $\mathbf{X} / \theta$ and $\mathbf{Y}$ by $\mathbf{Y} /(1-\theta)$ where $\theta \neq 0$ and $\theta \neq 1$ gives rise to (3.108).

Remark $3.35 \operatorname{card}(\mathbf{x}+\mathbf{y}) \geq \min {\operatorname{card}(\mathbf{x}), \operatorname{card}(\mathbf{y})}, \mathbf{x}, \mathbf{y} \in \mathbb{R}_{+}^{n}$. Similar to the proof of (3.108) in Remark $3.34$, this inequality can be shown to be true by using $(3.107)$ again, since $\operatorname{card}(\mathrm{x})$ is quasiconcave.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|First-order condition

Suppose that $f$ is differentiable. Then $f$ is quasiconvex if and only if dom $f$ is convex and for all $\mathbf{x}, \mathbf{y} \in \operatorname{dom} f$
$$
f(\mathbf{y}) \leq f(\mathbf{x}) \Rightarrow \nabla f(\mathbf{x})^{T}(\mathbf{y}-\mathbf{x}) \leq 0,
$$
that is, $\nabla f(\mathbf{x})$ defines a supporting hyperplane to the sublevel set
$$
S_{\alpha=f(\mathbf{x})}={\mathbf{y} \mid f(\mathbf{y}) \leq \alpha=f(\mathbf{x})}
$$
at the point $\mathbf{x}$ (see Figure 3.11). Moreover, the first-order condition given by (3.110) means that the first-order term in the Taylor series of $f(\mathbf{y})$ at the point $\mathbf{x}$ is no greater than zero whenever $f(\mathbf{y}) \leq f(\mathbf{x})$.
Proof: Let us prove the necessity followed by the sufficiency.

  • Necessity: Suppose $f(\mathbf{x}) \geq f(\mathbf{y})$. Then, by modified Jensen’s inequality, we have
    $$
    f(t \mathbf{y}+(1-t) \mathbf{x}) \leq f(\mathbf{x}) \text { for all } 0 \leq t \leq 1
    $$
    Therefore,
    $$
    \begin{aligned}
    \lim {t \rightarrow 0^{+}} \frac{f(\mathbf{x}+t(\mathbf{y}-\mathbf{x}))-f(\mathbf{x})}{t} &=\lim {t \rightarrow 0^{+}} \frac{1}{t}\left(f(\mathbf{x})+t \nabla f(\mathbf{x})^{T}(\mathbf{y}-\mathbf{x})-f(\mathbf{x})\right) \
    &=\nabla f(\mathbf{x})^{T}(\mathbf{y}-\mathbf{x}) \leq 0
    \end{aligned}
    $$
    where we have used the first-order Taylor series approximation in the first equality.
  • Sufficiency: Suppose that $f(\mathbf{x})$ is not quasiconvex. Then there exists a nonconvex sublevel set of $f$,
    $$
    S_{\alpha}={\mathbf{x} \mid f(\mathbf{x}) \leq \alpha},
    $$
    and two distinct points $\mathbf{x}{1}, \mathbf{x}{2} \in S_{\alpha}$ such that $\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2} \notin$ $S_{\alpha}$, for some $0<\theta<1$, i.e., $$ f\left(\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}\right)>\alpha \text { for some } 0<\theta<1 . $$ Since $f$ is differentiable, hence continuous, (3.112) implies that, as illustrated in Figure 3.12, there exist distinct $\theta_{1}, \theta_{2} \in(0,1)$ such that $$ \begin{aligned} &f\left(\theta \mathbf{x}_{1}+(1-\theta) \mathbf{x}_{2}\right)>\alpha \text { for all } \theta_{1}<\theta<\theta_{2} \ &f\left(\theta_{1} \mathbf{x}{1}+\left(1-\theta{1}\right) \mathbf{x}{2}\right)=f\left(\theta{2} \mathbf{x}{1}+\left(1-\theta{2}\right) \mathbf{x}{2}\right)=\alpha . \end{aligned} $$ Let $\mathbf{x}=\theta{1} \mathbf{x}{1}+\left(1-\theta{1}\right) \mathbf{x}{2}$ and $\mathbf{y}=\theta{2} \mathbf{x}{1}+\left(1-\theta{2}\right) \mathbf{x}_{2}$, and so $$ f(\mathbf{x})=f(\mathbf{y})=\alpha, $$ and $$ g(t)=f(t \mathbf{y}+(1-t) \mathbf{x})>\alpha \text { for all } 0<t<1
    $$

is a differentiable function of $t$ and $\partial g(t) / \partial t>0$ for $t \in[0, \varepsilon)$ where $0<\varepsilon \ll 1$, as illustrated in Figure 3.12. Then, it can be inferred that $$ \begin{aligned} (1-t) \frac{\partial g(t)}{\partial t} &=\nabla f(\mathbf{x}+t(\mathbf{y}-\mathbf{x}))^{T}[(1-t)(\mathbf{y}-\mathbf{x})]>0 \text { for all } t \in[0, \varepsilon) \
&=\nabla f(\boldsymbol{x})^{T}(\mathbf{y}-\boldsymbol{x})>0 \text { for all } t \in[0, \varepsilon)
\end{aligned}
$$
where
$$
\begin{aligned}
\boldsymbol{x} &=\mathbf{x}+t(\mathbf{y}-\mathbf{x}), \quad t \in[0, \varepsilon] \
\Rightarrow g(t) &=f(\boldsymbol{x}) \geq f(\mathbf{y})=\alpha(\text { by }(3.113) \text { and }(3.114))
\end{aligned}
$$
Therefore, if $f$ is not quasiconvex, there exist $\boldsymbol{x}, \mathbf{y}$ such that $f(\mathbf{y}) \leq f(\boldsymbol{x})$ and $\nabla f(\boldsymbol{x})^{T}(\mathbf{y}-\boldsymbol{x})>0$, which contradicts with the implication (3.110). Thus we have completed the proof of sufficiency.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Quasiconvex functions

凸优化代写

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Definition and examples

一个函数F:Rn→R如果它的域及其所有一种子级别集定义为
小号一种=X∣X∈dom⁡F,F(X)≤一种
(见图3.8) 对每个都是凸的一种. 而且,

  • F是拟凸的,如果F是凸的,因为凸函数的每个子级集都是凸集(参见备注 3.5),但反过来不一定成立。
  • F是准凹的,如果−F是准凸的。这也是事实F是准凹的,如果它的域和所有一种-superlevel 集定义为
  • $$
  • \mathcal{S}_{\alpha}={\mathbf{x}\mid \mathbf{x}\in \operatorname{dom}f,f(\mathbf{x})\geq\alpha}
  • $$
  • 对每个都是凸的一种.
  • F是拟线性的,如果F既是拟凸的又是拟凹的。
  • 凸函数、拟凸函数、凹函数和拟凹函数之间的关系如图 3.9 所示。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Modified Jensen’s inequality

一个函数F:Rn→R是拟凸的当且仅当
F(θX+(1−θ)是)≤最大限度F(X),F(是)
对全部X,是∈dom⁡F, 和0≤θ≤1(见图3.8)。
证明:让我们证明必要性,然后证明充分性。

  • 必要性:让X,是∈dom⁡F. 选择一种=最大限度F(X),F(是). 然后X,是∈小号一种. 自从F通过假设是准凸的,小号一种是凸的,也就是说,对于θ∈[0,1],
    θX+(1−θ)是∈小号一种 ⇒F(θX+(1−θ)是)≤一种=最大限度F(X),F(是)
  • 充足性:对于每个一种, 选取两点X,是∈小号一种⇒F(X)≤一种,F(是)≤一种. 因此0≤θ≤1,F(θX+(1−θ)是)≤最大限度F(X),F(是)≤一种(经过(3.106)), 我们有
    θX+(1−θ)是∈小号一种
    所以,小号一种是凸的,因此函数F是准凸的。
    备注 3.33F是准凹的当且仅当
    F(θX+(1−θ)是)≥分钟F(X),F(是)
    对全部X,是∈dom⁡F, 和0≤θ≤1. 这也是拟凹函数的修正 Jensen 不等式。如果不等式 (3.106) 严格成立0<θ<1, 然后F是严格准凸的。类似地,如果不等式 (3.107) 严格成立0<θ<1, 然后F是严格准凹的。
    备注 3.34 由于 PSD 矩阵的秩是拟凹的,
    秩⁡(X+是)≥分钟秩⁡(X),秩⁡(是),X,是∈小号+n成立。这可以由 (3.107) 证明,由此我们得到秩⁡(θX+(1−θ)是)≥分钟秩⁡(X),秩⁡(是)对全部X∈小号+n,是∈小号+n, 和0≤θ≤1. 然后更换X经过X/θ和是经过是/(1−θ)在哪里θ≠0和θ≠1产生 (3.108)。

评论3.35卡片⁡(X+是)≥分钟卡片⁡(X),卡片⁡(是),X,是∈R+n. 类似于 Remark 中 (3.108) 的证明3.34, 这个不等式可以通过使用来证明是正确的(3.107)再次,因为卡片⁡(X)是准凹的。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|First-order condition

假设F是可微的。然后F是拟凸的当且仅当 domF是凸的并且对于所有人X,是∈dom⁡F
F(是)≤F(X)⇒∇F(X)吨(是−X)≤0,
那是,∇F(X)为子水平集定义一个支持超平面
小号一种=F(X)=是∣F(是)≤一种=F(X)
在这一点上X(见图 3.11)。此外,由 (3.110) 给出的一阶条件意味着泰勒级数中的一阶项F(是)在这一点上X不大于零F(是)≤F(X).
证明:让我们证明必要性,然后证明充分性。

  • 必要性:假设F(X)≥F(是). 然后,通过修正 Jensen 不等式,我们有
    F(吨是+(1−吨)X)≤F(X) 对全部 0≤吨≤1
    所以,
    林吨→0+F(X+吨(是−X))−F(X)吨=林吨→0+1吨(F(X)+吨∇F(X)吨(是−X)−F(X)) =∇F(X)吨(是−X)≤0
    我们在第一个等式中使用了一阶泰勒级数近似。
  • 充分性:假设F(X)不是准凸的。那么存在一个非凸子水平集F,
    小号一种=X∣F(X)≤一种,
    和两个不同的点X1,X2∈小号一种这样θX1+(1−θ)X2∉ 小号一种, 对于一些0<θ<1, IE,F(θX1+(1−θ)X2)>一种 对于一些 0<θ<1.自从F是可微的,因此是连续的,(3.112) 意味着,如图 3.12 所示,存在不同的θ1,θ2∈(0,1)这样F(θX1+(1−θ)X2)>一种 对全部 θ1<θ<θ2 F(θ1X1+(1−θ1)X2)=F(θ2X1+(1−θ2)X2)=一种.让X=θ1X1+(1−θ1)X2和是=θ2X1+(1−θ2)X2, 所以F(X)=F(是)=一种,和G(吨)=F(吨是+(1−吨)X)>一种 对全部 0<吨<1

是一个可微函数吨和∂G(吨)/∂吨>0为了吨∈[0,e)在哪里0<e≪1,如图 3.12 所示。那么,可以推断出(1−吨)∂G(吨)∂吨=∇F(X+吨(是−X))吨[(1−吨)(是−X)]>0 对全部 吨∈[0,e) =∇F(X)吨(是−X)>0 对全部 吨∈[0,e)
在哪里
X=X+吨(是−X),吨∈[0,e] ⇒G(吨)=F(X)≥F(是)=一种( 经过 (3.113) 和 (3.114))
因此,如果F不是拟凸的,存在的X,是这样F(是)≤F(X)和∇F(X)吨(是−X)>0,这与蕴涵(3.110)相矛盾。至此,我们完成了充分性证明。

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金融工程代写

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广义线性模型代考

广义线性模型(GLM)归属统计学领域,是一种应用灵活的线性回归模型。该模型允许因变量的偏差分布有除了正态分布之外的其它分布。

术语 广义线性模型(GLM)通常是指给定连续和/或分类预测因素的连续响应变量的常规线性回归模型。它包括多元线性回归,以及方差分析和方差分析(仅含固定效应)。

有限元方法代写

有限元方法(FEM)是一种流行的方法,用于数值解决工程和数学建模中出现的微分方程。典型的问题领域包括结构分析、传热、流体流动、质量运输和电磁势等传统领域。

有限元是一种通用的数值方法,用于解决两个或三个空间变量的偏微分方程(即一些边界值问题)。为了解决一个问题,有限元将一个大系统细分为更小、更简单的部分,称为有限元。这是通过在空间维度上的特定空间离散化来实现的,它是通过构建对象的网格来实现的:用于求解的数值域,它有有限数量的点。边界值问题的有限元方法表述最终导致一个代数方程组。该方法在域上对未知函数进行逼近。[1] 然后将模拟这些有限元的简单方程组合成一个更大的方程系统,以模拟整个问题。然后,有限元通过变化微积分使相关的误差函数最小化来逼近一个解决方案。

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随机分析代写


随机微积分是数学的一个分支,对随机过程进行操作。它允许为随机过程的积分定义一个关于随机过程的一致的积分理论。这个领域是由日本数学家伊藤清在第二次世界大战期间创建并开始的。

时间序列分析代写

随机过程,是依赖于参数的一组随机变量的全体,参数通常是时间。 随机变量是随机现象的数量表现,其时间序列是一组按照时间发生先后顺序进行排列的数据点序列。通常一组时间序列的时间间隔为一恒定值(如1秒,5分钟,12小时,7天,1年),因此时间序列可以作为离散时间数据进行分析处理。研究时间序列数据的意义在于现实中,往往需要研究某个事物其随时间发展变化的规律。这就需要通过研究该事物过去发展的历史记录,以得到其自身发展的规律。

回归分析代写

多元回归分析渐进(Multiple Regression Analysis Asymptotics)属于计量经济学领域,主要是一种数学上的统计分析方法,可以分析复杂情况下各影响因素的数学关系,在自然科学、社会和经济学等多个领域内应用广泛。

MATLAB代写

MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中,其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括:数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发,包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统,其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题,尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题,而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问,这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展,得到了许多用户的投入。在大学环境中,它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域,MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要,工具箱允许您学习应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数(M 文件)的综合集合,可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。

R语言代写问卷设计与分析代写
PYTHON代写回归分析与线性模型代写
MATLAB代写方差分析与试验设计代写
STATA代写机器学习/统计学习代写
SPSS代写计量经济学代写
EVIEWS代写时间序列分析代写
EXCEL代写深度学习代写
SQL代写各种数据建模与可视化代写

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Convexity preserving operations

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凸优化是数学优化的一个子领域,研究的是凸集上凸函数最小化的问题。许多类凸优化问题都有多项时间算法,而数学优化一般来说是NP困难的。

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  • Foundations of Data Science 数据科学基础
数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Convexity preserving operations

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Nonnegative weighted sum

Let $f_{1}, \ldots, f_{m}$ be convex functions and $w_{1}, \ldots, w_{m} \geq 0$. Then $\sum_{i=1}^{m} w_{i} f_{i}$ is convex.

Proof: $\operatorname{dom}\left(\sum_{i=1}^{m} w_{i} f_{i}\right)=\bigcap_{i=1}^{m}$ dom $f_{i}$ is convex because dom $f_{i}$ is convex for all $i$. For $0 \leq \theta \leq 1$, and $\mathbf{x}, \mathbf{y} \in \operatorname{dom}\left(\sum_{i=1}^{m} w_{i} f_{i}\right)$, we have
$$
\begin{aligned}
\sum_{i=1}^{m} w_{i} f_{i}(\theta \mathbf{x}+(1-\theta) \mathbf{y}) & \leq \sum_{i=1}^{m} w_{i}\left(\theta f_{i}(\mathbf{x})+(1-\theta) f_{i}(\mathbf{y})\right) \
&=\theta \sum_{i=1}^{m} w_{i} f_{i}(\mathbf{x})+(1-\theta) \sum_{i=1}^{m} w_{i} f_{i}(\mathbf{y})
\end{aligned}
$$
Hence proved.
Remark 3.27 $f(\mathbf{x}, \mathbf{y})$ is convex in $\mathbf{x}$ for each $\mathbf{y} \in \mathcal{A}$ and $w(\mathbf{y}) \geq 0$. Then,
$$
g(\mathbf{x})=\int_{\mathcal{A}} w(\mathbf{y}) f(\mathbf{x}, \mathbf{y}) d \mathbf{y}
$$
is convex on $\bigcap_{y \in \mathcal{A}} \operatorname{dom} f$.
Composition with affine mapping
If $f: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}$ is a convex function, then for $\mathbf{A} \in \mathbb{R}^{n \times m}$ and $\mathbf{b} \in \mathbb{R}^{n}$, the function $g: \mathbb{R}^{m} \rightarrow \mathbb{R}$, defined as
$$
g(\mathbf{x})=f(\mathbf{A} \mathbf{x}+\mathbf{b}),
$$
is also convex and its domain can be expressed as
$$
\begin{aligned}
\operatorname{dom} g &=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{m} \mid \mathbf{A} \mathbf{x}+\mathbf{b} \in \operatorname{dom} f\right} \
&=\left{\mathbf{A}^{\dagger}(\mathbf{y}-\mathbf{b}) \mid \mathbf{y} \in \mathbf{d o m} f\right}+\mathcal{N}(\mathbf{A}) \quad(\text { cf. }(2.62))
\end{aligned}
$$
which is also a convex set by Remark $2.9$.
Proof (using epigraph): Since $g(\mathbf{x})=f(\mathbf{A x}+\mathbf{b})$ and epi $f={(\mathbf{y}, t) \mid f(\mathbf{y}) \leq t}$, we have
$$
\text { epi } \begin{aligned}
g &=\left{(\mathbf{x}, t) \in \mathbb{R}^{m+1} \mid f(\mathbf{A} \mathbf{x}+\mathbf{b}) \leq t\right} \
&=\left{(\mathbf{x}, t) \in \mathbb{R}^{m+1} \mid(\mathbf{A} \mathbf{x}+\mathbf{b}, t) \in \mathbf{e p i} f\right}
\end{aligned}
$$

Now, define
$$
\mathcal{S}=\left{(\mathbf{x}, \mathbf{y}, t) \in \mathbb{R}^{m+n+1} \mid \mathbf{y}=\mathbf{A} \mathbf{x}+\mathbf{b}, f(\mathbf{y}) \leq t\right}
$$
so that
$$
\text { epi } g=\left{\left[\begin{array}{lll}
\mathbf{I}{m} & \mathbf{0}{m \times n} & \mathbf{0}{m} \ \mathbf{0}{m}^{T} & \mathbf{0}{\mathrm{n}}^{T} & 1 \end{array}\right](\mathbf{x}, \mathbf{y}, t) \mid(\mathbf{x}, \mathbf{y}, t) \in \mathcal{S}\right} $$ which is nothing but the image of $\mathcal{S}$ via an affine mapping. It can be easily shown, by the definition of convex sets, that $\mathcal{S}$ is convex if $f$ is convex. Therefore epi $g$ is convex (due to affine mapping from the convex set $\mathcal{S}$ ) implying that $g$ is convex (by Fact 3.2). Alternative proof: For $0 \leq \theta \leq 1$, we have $$ \begin{aligned} g\left(\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}\right) &=f\left(\mathbf{A}\left(\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}\right)+\mathbf{b}\right) \ &=f\left(\theta\left(\mathbf{A} \mathbf{x}{1}+\mathbf{b}\right)+(1-\theta)\left(\mathbf{A} \mathbf{x}{2}+\mathbf{b}\right)\right) \ & \leq \theta f\left(\mathbf{A} \mathbf{x}{1}+\mathbf{b}\right)+(1-\theta) f\left(\mathbf{A} \mathbf{x}{2}+\mathbf{b}\right) \ &=\theta g\left(\mathbf{x}{1}\right)+(1-\theta) g\left(\mathbf{x}_{2}\right)
\end{aligned}
$$
Moreover, dom $g$ (cf. (3.72)) is also a convex set, and so we conclude that $f(\mathbf{A} \mathbf{x}+\mathbf{b})$ is a convex function.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Composition (scalar)

Suppose that $h: \operatorname{dom} h \rightarrow \mathbb{R}$ is a convex (concave) function and dom $h \subset \mathbb{R}^{n}$. The extended-value extension of $h$, denoted as $\tilde{h}$, with $\operatorname{dom} \tilde{h}=\mathbb{R}^{n}$ aids in simple representation as its domain is the entire $\mathbb{R}^{n}$, which need not be explicitly mentioned. The extended-valued function $\tilde{h}$ is a function taking the same value of $h(\mathbf{x})$ for $\mathbf{x} \in$ dom $h$, otherwise taking the value of $+\infty(-\infty)$. Specifically, if $h$ is convex,
$$
\tilde{h}(\mathbf{x})=\left{\begin{array}{l}
h(\mathbf{x}), \mathbf{x} \in \operatorname{dom} h \
+\infty, \mathbf{x} \notin \operatorname{dom} h
\end{array}\right.
$$
and if $h$ is concave,
$$
\tilde{h}(\mathbf{x})=\left{\begin{array}{l}
h(\mathbf{x}), \mathbf{x} \in \operatorname{dom} h \
-\infty, \mathbf{x} \notin \operatorname{dom} h
\end{array}\right.
$$
Then the extended-valued function $\tilde{h}$ does not affect the convexity (or concavity) of the original function $h$ and Eff-dom $\tilde{h}=$ Eff-dom $h$.

Some examples for illustrating properties of an extended-value extension of a function are as follows.

  • $h(x)=\log x$, $\operatorname{dom} h=\mathbb{R}_{++}$. Then $h(x)$ is concave and $\tilde{h}(x)$ is concave and nondecreasing.
  • $h(x)=x^{1 / 2}$, dom $h=\mathbb{R}_{+}$. Then $h(x)$ is concave and $\tilde{h}(x)$ is concave and nondecreasing.
  • In the function
    $$
    h(x)=x^{2}, x \geq 0,
    $$
    i.e., dom $h=\mathbb{R}_{+}, h(x)$ is convex and $\tilde{h}(x)$ is convex but neither nondecreasing nor nonincreasing.

Let $f(\mathbf{x})=h(g(\mathbf{x}))$, where $h: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$ and $g: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}$. Then we have the following four composition rules about the convexity or concavity of $f$.
(a) $f$ is convex if $h$ is convex, $\bar{h}$ nondecreasing, and $g$ convex.
(3.76a)
(b) $f$ is convex if $h$ is convex, $\tilde{h}$ nonincreasing, and $g$ concave.
(3.76b)
(c) $f$ is concave if $h$ is concave, $\tilde{h}$ nondecreasing, and $g$ concave.
(3.76c)
(d) $f$ is concave if $h$ is concave, $\tilde{h}$ nonincreasing, and $g$ convex.
(3.76d)
Consider the case that $g$ and $h$ are twice differentiable and $\tilde{h}(x)=h(x)$. Then,
$$
\nabla f(\mathbf{x})=h^{\prime}(g(\mathbf{x})) \nabla g(\mathbf{x})
$$
and
$$
\begin{aligned}
\nabla^{2} f(\mathbf{x}) &=D(\nabla f(\mathbf{x}))=D\left(h^{\prime}(g(\mathbf{x})) \cdot \nabla g(\mathbf{x})\right) \quad(\text { by }(1.46)) \
&=\nabla g(\mathbf{x}) D\left(h^{\prime}(g(\mathbf{x}))\right)+h^{\prime}(g(\mathbf{x})) \cdot D(\nabla g(\mathbf{x})) \
&=h^{\prime \prime}(g(\mathbf{x})) \nabla g(\mathbf{x}) \nabla g(\mathbf{x})^{T}+h^{\prime}(g(\mathbf{x})) \nabla^{2} g(\mathbf{x})
\end{aligned}
$$
The composition rules (a) (cf. (3.76a)) and (b) (cf. (3.76b)) can be proven for convexity of $f$ by checking if $\nabla^{2} f(\mathbf{x}) \succeq \mathbf{0}$, and the composition rules (c) (cf. $(3.76 \mathrm{c}))$ and (d) (cf. $(3.76 \mathrm{~d}))$ for concavity of $f$ by checking if $\nabla^{2} f(\mathbf{x}) \preceq \mathbf{0}$. Let us conclude this subsection with a simple example.
Example $3.3$ Let $g(\mathbf{x})=|\mathbf{x}|_{2}$ (convex) and
$$
h(x)= \begin{cases}x^{2}, & x \geq 0 \ 0, & \text { otherwise }\end{cases}
$$
which is convex. So $\tilde{h}(x)=h(x)$ is nondecreasing. Then, $f(\mathbf{x})=h(g(\mathbf{x}))=$ $|\mathbf{x}|_{2}^{2}=\mathbf{x}^{T} \mathbf{x}$ is convex by $(3.76 \mathrm{a})$, or by the second-order condition $\nabla^{2} f(\mathbf{x})=$ $2 \mathbf{I}_{n} \succ \mathbf{0}, f$ is indeed convex.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Pointwise minimum and infimum

If $f(\mathbf{x}, \mathbf{y})$ is convex in $(\mathbf{x}, \mathbf{y}) \in \mathbb{R}^{m} \times \mathbb{R}^{n}$ and $C \subset \mathbb{R}^{n}$ is convex and nonempty, then
$$
g(\mathbf{x})=\inf {\mathbf{y} \in C} f(\mathbf{x}, \mathbf{y}) $$ is convex, provided that $g(\mathbf{x})>-\infty$ for some $\mathbf{x}$. Similarly, if $f(\mathbf{x}, \mathbf{y})$ is concave in $(\mathbf{x}, \mathbf{y}) \in \mathbb{R}^{m} \times \mathbb{R}^{n}$, then $$ \tilde{g}(\mathbf{x})=\sup {\mathbf{y} \in C} f(\mathbf{x}, \mathbf{y})
$$
is concave provided that $C \subset \mathbb{R}^{n}$ is convex and nonempty and $\tilde{g}(\mathbf{x})<\infty$ for some $\mathbf{x}$. Next, we present the proof for the former.

Proof of (3.87): Since $f$ is continuous over int(dom $f$ ) (cf. Remark 3.7), for any $\epsilon>0$ and $\mathbf{x}{1}, \mathbf{x}{2} \in \operatorname{dom} g$, there exist $\mathbf{y}{1}, \mathbf{y}{2} \in C$ (depending on $\epsilon$ ) such that
$$
f\left(\mathbf{x}{i}, \mathbf{y}{i}\right) \leq g\left(\mathbf{x}{i}\right)+\epsilon, i=1,2 . $$ Let $\left(\mathbf{x}{1}, t_{1}\right),\left(\mathbf{x}{2}, t{2}\right) \in$ epi $g$. Then $g\left(\mathbf{x}{i}\right)=\inf {\mathbf{y} \in C} f\left(\mathbf{x}{i}, \mathbf{y}\right) \leq t{i}, i=1,2$. Then for any $\theta \in[0,1]$, we have
$$
\begin{aligned}
g\left(\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}\right) &=\inf {\mathbf{y} \in C} f\left(\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}, \mathbf{y}\right) \ & \leq f\left(\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}, \theta \mathbf{y}{1}+(1-\theta) \mathbf{y}{2}\right) \ & \leq \theta f\left(\mathbf{x}{1}, \mathbf{y}{1}\right)+(1-\theta) f\left(\mathbf{x}{2}, \mathbf{y}{2}\right) \quad \text { (since } f \text { is convex) } \ & \leq \theta g\left(\mathbf{x}{1}\right)+(1-\theta) g\left(\mathbf{x}{2}\right)+\epsilon \quad \text { (by (3.89)) } \ & \leq \theta t{1}+(1-\theta) t_{2}+\epsilon .
\end{aligned}
$$
It can be seen that as $\epsilon \rightarrow 0, g\left(\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}\right) \leq \theta t_{1}+(1-\theta) t_{2}$, implying $\left(\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}, \theta t_{1}+(1-\theta) t_{2}\right) \in$ epi $g$. Hence epi $g$ is a convex set, and thus $g(\mathbf{x})$ is a convex function by Fact 3.2.

Alternative proof of (3.87): Because dom $g={\mathbf{x} \mid(\mathbf{x}, \mathbf{y}) \in \operatorname{dom} f, \mathbf{y} \in C}$ is the projection of the convex set ${(\mathbf{x}, \mathbf{y}) \mid(\mathbf{x}, \mathbf{y}) \in \operatorname{dom} f, \mathbf{y} \in C}$ on the $\mathbf{x}-$ coordinate, it must be a convex set (cf. Remark 2.11).

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Convexity preserving operations

凸优化代写

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Nonnegative weighted sum

让F1,…,F米是凸函数和在1,…,在米≥0. 然后∑一世=1米在一世F一世是凸的。

证明:dom⁡(∑一世=1米在一世F一世)=⋂一世=1米domF一世是凸的,因为 domF一世对所有人都是凸的一世. 为了0≤θ≤1, 和X,是∈dom⁡(∑一世=1米在一世F一世), 我们有
∑一世=1米在一世F一世(θX+(1−θ)是)≤∑一世=1米在一世(θF一世(X)+(1−θ)F一世(是)) =θ∑一世=1米在一世F一世(X)+(1−θ)∑一世=1米在一世F一世(是)
因此证明。
备注 3.27F(X,是)是凸的X对于每个是∈一种和在(是)≥0. 然后,
G(X)=∫一种在(是)F(X,是)d是
是凸的⋂是∈一种dom⁡F.
具有仿射映射的组合
IfF:Rn→R是一个凸函数,那么对于一种∈Rn×米和b∈Rn, 功能G:R米→R, 定义为
G(X)=F(一种X+b),
也是凸的,其域可以表示为
\begin{aligned} \operatorname{dom} g &=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{m} \mid \mathbf{A} \mathbf{x}+\mathbf{b} \in \operatorname{dom} f\right} \ &=\left{\mathbf{A}^{\dagger}(\mathbf{y}-\mathbf{b}) \mid \mathbf{y} \in \ mathbf{d o m} f\right}+\mathcal{N}(\mathbf{A}) \quad(\text { cf. }(2.62)) \end{aligned}\begin{aligned} \operatorname{dom} g &=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{m} \mid \mathbf{A} \mathbf{x}+\mathbf{b} \in \operatorname{dom} f\right} \ &=\left{\mathbf{A}^{\dagger}(\mathbf{y}-\mathbf{b}) \mid \mathbf{y} \in \ mathbf{d o m} f\right}+\mathcal{N}(\mathbf{A}) \quad(\text { cf. }(2.62)) \end{aligned}
这也是 Remark 的凸集2.9.
证明(使用题词):因为G(X)=F(一种X+b)和外延F=(是,吨)∣F(是)≤吨, 我们有
\text { epi } \begin{aligned} g &=\left{(\mathbf{x}, t) \in \mathbb{R}^{m+1} \mid f(\mathbf{A} \mathbf{ x}+\mathbf{b}) \leq t\right} \ &=\left{(\mathbf{x}, t) \in \mathbb{R}^{m+1} \mid(\mathbf{A } \mathbf{x}+\mathbf{b}, t) \in \mathbf{e p i} f\right} \end{aligned}\text { epi } \begin{aligned} g &=\left{(\mathbf{x}, t) \in \mathbb{R}^{m+1} \mid f(\mathbf{A} \mathbf{ x}+\mathbf{b}) \leq t\right} \ &=\left{(\mathbf{x}, t) \in \mathbb{R}^{m+1} \mid(\mathbf{A } \mathbf{x}+\mathbf{b}, t) \in \mathbf{e p i} f\right} \end{aligned}

现在,定义
\mathcal{S}=\left{(\mathbf{x}, \mathbf{y}, t) \in \mathbb{R}^{m+n+1} \mid \mathbf{y}=\mathbf{ A} \mathbf{x}+\mathbf{b}, f(\mathbf{y}) \leq t\right}\mathcal{S}=\left{(\mathbf{x}, \mathbf{y}, t) \in \mathbb{R}^{m+n+1} \mid \mathbf{y}=\mathbf{ A} \mathbf{x}+\mathbf{b}, f(\mathbf{y}) \leq t\right}
以便
\text { epi } g=\left{\left[\begin{array}{lll} \mathbf{I}{m} & \mathbf{0}{m \times n} & \mathbf{0}{m} \ \mathbf{0}{m}^{T} & \mathbf{0}{\mathrm{n}}^{T} & 1 \end{array}\right](\mathbf{x}, \mathbf{ y}, t) \mid(\mathbf{x}, \mathbf{y}, t) \in \mathcal{S}\right}\text { epi } g=\left{\left[\begin{array}{lll} \mathbf{I}{m} & \mathbf{0}{m \times n} & \mathbf{0}{m} \ \mathbf{0}{m}^{T} & \mathbf{0}{\mathrm{n}}^{T} & 1 \end{array}\right](\mathbf{x}, \mathbf{ y}, t) \mid(\mathbf{x}, \mathbf{y}, t) \in \mathcal{S}\right}这不过是小号通过仿射映射。通过凸集的定义可以很容易地证明,小号是凸的,如果F是凸的。因此epiG是凸的(由于来自凸集的仿射映射小号) 暗示G是凸的(根据事实 3.2)。替代证明:对于0≤θ≤1, 我们有G(θX1+(1−θ)X2)=F(一种(θX1+(1−θ)X2)+b) =F(θ(一种X1+b)+(1−θ)(一种X2+b)) ≤θF(一种X1+b)+(1−θ)F(一种X2+b) =θG(X1)+(1−θ)G(X2)
此外,domG(cf. (3.72)) 也是一个凸集,因此我们得出结论F(一种X+b)是一个凸函数。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Composition (scalar)

假设H:dom⁡H→R是凸(凹)函数和domH⊂Rn. 的外延值扩展H,记为H~, 和dom⁡H~=Rn有助于简单表示,因为它的域是整个Rn, 无需明确提及。扩展值函数H~是一个取相同值的函数H(X)为了X∈domH,否则取值为+∞(−∞). 具体来说,如果H是凸的,
$$
\tilde{h}(\mathbf{x})=\left{H(X),X∈dom⁡H +∞,X∉dom⁡H\对。
一种nd一世F$H$一世sC这nC一种在和,
\波浪号{h}(\mathbf{x})=\left{H(X),X∈dom⁡H −∞,X∉dom⁡H\对。
$$
然后是扩展值函数H~不影响原函数的凸度(或凹度)H和效应H~=效率H.

用于说明函数的扩展值扩展属性的一些示例如下。

  • H(X)=日志⁡X, dom⁡H=R++. 然后H(X)是凹的并且H~(X)是凹的且不减的。
  • H(X)=X1/2, 域H=R+. 然后H(X)是凹的并且H~(X)是凹的且不减的。
  • 在函数中
    H(X)=X2,X≥0,
    即,domH=R+,H(X)是凸的并且H~(X)是凸的,但既非非减也非非增。

让F(X)=H(G(X)), 在哪里H:R→R和G:Rn→R. 那么我们有以下四个关于凸或凹的组合规则F.
(一种)F是凸的,如果H是凸的,H¯非递减,并且G凸的。
(3.76a)
(b)F是凸的,如果H是凸的,H~不增加,和G凹。
(3.76b)
(c)F如果是凹的H是凹的,H~非递减,并且G凹。
(3.76c)
(d)F如果是凹的H是凹的,H~不增加,和G凸的。
(3.76d)
考虑以下情况G和H是两次可微的并且H~(X)=H(X). 然后,
∇F(X)=H′(G(X))∇G(X)

∇2F(X)=D(∇F(X))=D(H′(G(X))⋅∇G(X))( 经过 (1.46)) =∇G(X)D(H′(G(X)))+H′(G(X))⋅D(∇G(X)) =H′′(G(X))∇G(X)∇G(X)吨+H′(G(X))∇2G(X)
组合规则 (a) (cf. (3.76a)) 和 (b) (cf. (3.76b)) 可以证明F通过检查是否∇2F(X)⪰0, 和组成规则 (c) (cf.(3.76C))(d) (cf.(3.76 d))对于凹度F通过检查是否∇2F(X)⪯0. 让我们用一个简单的例子来结束这个小节。
例子3.3让G(X)=|X|2(凸)和
H(X)={X2,X≥0 0, 除此以外 
这是凸的。所以H~(X)=H(X)是不减的。然后,F(X)=H(G(X))= |X|22=X吨X是凸的(3.76一种),或通过二阶条件∇2F(X)= 2一世n≻0,F确实是凸的。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Pointwise minimum and infimum

如果F(X,是)是凸的(X,是)∈R米×Rn和C⊂Rn是凸且非空的,那么
G(X)=信息是∈CF(X,是)是凸的,前提是G(X)>−∞对于一些X. 同样,如果F(X,是)是凹进去的(X,是)∈R米×Rn, 然后G~(X)=支持是∈CF(X,是)
是凹的,前提是C⊂Rn是凸的且非空的并且G~(X)<∞对于一些X. 接下来,我们给出前者的证明。

(3.87) 的证明:因为F在 int(dom 上是连续的F)(参见备注 3.7),对于任何ε>0和X1,X2∈dom⁡G, 存在是1,是2∈C(根据ε) 使得
F(X一世,是一世)≤G(X一世)+ε,一世=1,2.让(X1,吨1),(X2,吨2)∈和G. 然后G(X一世)=信息是∈CF(X一世,是)≤吨一世,一世=1,2. 那么对于任何θ∈[0,1], 我们有
G(θX1+(1−θ)X2)=信息是∈CF(θX1+(1−θ)X2,是) ≤F(θX1+(1−θ)X2,θ是1+(1−θ)是2) ≤θF(X1,是1)+(1−θ)F(X2,是2) (自从 F 是凸的)  ≤θG(X1)+(1−θ)G(X2)+ε (由(3.89))  ≤θ吨1+(1−θ)吨2+ε.
可以看出,作为ε→0,G(θX1+(1−θ)X2)≤θ吨1+(1−θ)吨2, 暗示(θX1+(1−θ)X2,θ吨1+(1−θ)吨2)∈和G. 因此epiG是一个凸集,因此G(X)是事实 3.2 的凸函数。

(3.87) 的替代证明:因为 domG=X∣(X,是)∈dom⁡F,是∈C是凸集的投影(X,是)∣(X,是)∈dom⁡F,是∈C在X−坐标,它必须是一个凸集(参见备注 2.11)。

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非参数统计指的是一种统计方法,其中不假设数据来自于由少数参数决定的规定模型;这种模型的例子包括正态分布模型和线性回归模型。

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广义线性模型(GLM)归属统计学领域,是一种应用灵活的线性回归模型。该模型允许因变量的偏差分布有除了正态分布之外的其它分布。

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有限元是一种通用的数值方法,用于解决两个或三个空间变量的偏微分方程(即一些边界值问题)。为了解决一个问题,有限元将一个大系统细分为更小、更简单的部分,称为有限元。这是通过在空间维度上的特定空间离散化来实现的,它是通过构建对象的网格来实现的:用于求解的数值域,它有有限数量的点。边界值问题的有限元方法表述最终导致一个代数方程组。该方法在域上对未知函数进行逼近。[1] 然后将模拟这些有限元的简单方程组合成一个更大的方程系统,以模拟整个问题。然后,有限元通过变化微积分使相关的误差函数最小化来逼近一个解决方案。

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Convex Functions

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Basic properties and examples of convex functions

Prior to introducing the definition, properties and various conditions of convex functions together with illustrative examples, we need to clarify the role of $+\infty$ and $-\infty$ for a function $f: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}$. In spite of $+\infty,-\infty \notin \mathbb{R}, f(\mathbf{x})$ is allowed to take a value of $+\infty$ or $-\infty$ for some $\mathrm{x} \in \operatorname{dom} f$, hereafter. For instance, the following functions
$f_{1}(\mathbf{x})=\left{\begin{array}{l}|\mathbf{x}|_{2}^{2},|\mathbf{x}|_{2} \leq 1 \ +\infty, \quad 1<|\mathbf{x}|_{2} \leq 2\end{array}, \quad\right.$ dom $f_{1}=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid|\mathbf{x}|_{2} \leq 2\right}$ $f_{2}(x)=\left{\begin{array}{l}-\infty, x=0 \ \log x, x>0\end{array}, \quad \operatorname{dom} f_{2}=\mathbb{R}{+}\right.$ are well-defined functions, and $f{1}$ is a convex function and $f_{2}$ is a concave function. The convexity of functions will be presented next in detail.
Definition and fundamental properties
A function $f: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}$ is said to be convex if the following conditions are satisfied

  • dom $f$ is convex.
  • For all $\mathbf{x}, \mathbf{y} \in \operatorname{dom} f, \theta \in[0,1]$.
    $$
    f(\theta \mathbf{x}+(1-\theta) \mathbf{y}) \leq \theta f(\mathbf{x})+(1-\theta) f(\mathbf{y})
    $$

A convex function basically looks like a faceup bowl as illustrated in Figure 3.1, and it may be differentiable, or continuous but nonsmooth or a nondifferentiable function (e.g., with some discontinuities or with $f(\mathbf{x})=+\infty$ for some $\mathbf{x}$ ). Note that for a given $\theta \in[0,1], \mathbf{z} \triangleq \theta \mathbf{x}+(1-\theta) \mathbf{y}$ is a point on the line segment from $\mathbf{x}$ to $\mathbf{y}$ with
$$
\frac{|\mathbf{z}-\mathbf{y}|_{2}}{|\mathbf{y}-\mathbf{x}|_{2}}=\theta \text {, and } \frac{|\mathbf{z}-\mathbf{x}|_{2}}{|\mathbf{y}-\mathbf{x}|_{2}}=1-\theta \text {, }
$$
and $f(\mathbf{z})$ is upper bounded by the sum of $100 \times \theta \%$ of $f(\mathbf{x})$ and $100 \times(1-\theta) \%$ of $f(\mathbf{y})$ (i.e., the closer (further) the $\mathbf{z}$ to $\mathbf{x}$, the larger (smaller) the contribution of $f(\mathbf{x})$ to the upper bound of $f(\mathbf{z})$, and this also applies to the contribution of $f(\mathbf{y})$ as shown in Figure 3.1). Note that when $\mathbf{z}$ is given instead of $\theta$, the value of $\theta$ in the upper bound of $f(\mathbf{z})$ can also be determined by (3.4). Various convex function examples will be provided in Subsection 3.1.4.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|First-order condition

Suppose that $f$ is differentiable. Then $f$ is convex if and only if $\operatorname{dom} f$ is convex and
$$
f(\mathbf{y}) \geq f(\mathbf{x})+\nabla f(\mathbf{x})^{T}(\mathbf{y}-\mathbf{x}) \quad \forall \mathbf{x}, \mathbf{y} \in \operatorname{dom} f
$$
This is called the first-order condition, which means that the first-order Taylor series approximation of $f(\mathbf{y})$ w.r.t. $\mathbf{y}=\mathbf{x}$ is always below the original function (see Figure $3.3$ for the one-dimensional case), i.e., the first-order condition (3.16) provides a tight lower bound (which is an affine function in $\mathbf{y}$ ) over the entire domain for a differentiable convex function. Moreover, it can be seen from (3.16) that
$$
f(\mathbf{y})=\max _{\mathbf{x} \in \operatorname{dom} f} f(\mathbf{x})+\nabla f(\mathbf{x})^{T}(\mathbf{y}-\mathbf{x}) \quad \forall \mathbf{y} \in \operatorname{dom} f
$$
For instance, as illustrated in Figure $3.3, f(b) \geq f(a)+f^{\prime}(a)(b-a)$ for any $a$ and the equality holds only when $a=b$. Next, let us prove the first-order condition.

Proof of (3.16): Let us prove the sufficiency followed by necessity.

  • Sufficiency: (i.e., if (3.16) holds, then $f$ is convex) From (3.16), we have, for all $\mathbf{x}, \mathbf{y}, \mathbf{z} \in \operatorname{dom} f$ which is convex and $0 \leq \lambda \leq 1$,
    $$
    \begin{aligned}
    f(\mathbf{y}) & \geq f(\mathbf{x})+\nabla f(\mathbf{x})^{T}(\mathbf{y}-\mathbf{x}), \
    f(\mathbf{z}) & \geq f(\mathbf{x})+\nabla f(\mathbf{x})^{T}(\mathbf{z}-\mathbf{x}), \
    \Rightarrow \lambda f(\mathbf{y})+(1-\lambda) f(\mathbf{z}) & \geq f(\mathbf{x})+\nabla f(\mathbf{x})^{T}(\lambda \mathbf{y}+(1-\lambda) \mathbf{z}-\mathbf{x}) .
    \end{aligned}
    $$

By setting $\mathbf{x}=\lambda \mathbf{y}+(1-\lambda) \mathbf{z} \in \operatorname{dom} f$ in the above inequality, we obtain $\lambda f(\mathbf{y})+(1-\lambda) f(\mathbf{z}) \geq f(\lambda \mathbf{y}+(1-\lambda) \mathbf{z})$. So $f$ is convex.

  • Necessity: (i.e., if $f$ is convex, then (3.16) holds) For $\mathbf{x}, \mathbf{y} \in \mathbf{d o m} f$ and $0 \leq$ $\lambda \leq 1$,
    $$
    \begin{aligned}
    f((1-\lambda) \mathbf{x}+\lambda \mathbf{y}) &=f(\mathbf{x}+\lambda(\mathbf{y}-\mathbf{x})) \
    &=f(\mathbf{x})+\lambda \nabla f(\mathbf{x}+\theta \lambda(\mathbf{y}-\mathbf{x}))^{T}(\mathbf{y}-\mathbf{x})
    \end{aligned}
    $$
    for some $\theta \in[0,1]$ (from the first-order expansion of Taylor series (1.53)). Since $f$ is convex, we have
    $$
    f((1-\lambda) \mathbf{x}+\lambda \mathbf{y}) \leq(1-\lambda) f(\mathbf{x})+\lambda f(\mathbf{y})
    $$
    Substituting (3.18) on the left-hand side of this inequality yields
    $$
    \lambda f(\mathbf{y}) \geq \lambda f(\mathbf{x})+\lambda \nabla f(\mathbf{x}+\theta \lambda(\mathbf{y}-\mathbf{x}))^{T}(\mathbf{y}-\mathbf{x})
    $$
    For $\lambda>0$, we get (after dividing by $\lambda$ ),
    $$
    \begin{aligned}
    f(\mathbf{y}) & \geq f(\mathbf{x})+\nabla f(\mathbf{x}+\theta \lambda(\mathbf{y}-\mathbf{x}))^{T}(\mathbf{y}-\mathbf{x}) \
    &=f(\mathbf{x})+\nabla f(\mathbf{x})^{T}(\mathbf{y}-\mathbf{x}) \quad\left(\text { as } \lambda \rightarrow 0^{+}\right)
    \end{aligned}
    $$
    because $\nabla f$ is continuous due to the fact that $f$ is differentiable and convex (cf. Remark $3.13$ below). Hence (3.16) has been proved.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Second-order condition

Suppose that $f$ is twice differentiable. Then $f$ is convex if and only if dom $f$ is convex and the Hessian of $f$ is PSD for all $\mathbf{x} \in \operatorname{dom} f$, that is,
$$
\nabla^{2} f(\mathbf{x}) \succeq \mathbf{0}, \forall \mathbf{x} \in \operatorname{dom} f
$$
Proof: Let us prove the sufficiency followed by necessity.

  • Sufficiency: (i.e., if $\nabla^{2} f(\mathbf{x}) \succeq \mathbf{0}, \forall \mathbf{x} \in \operatorname{dom} f$, then $f$ is convex) From the second-order expansion of Taylor series of $f(\mathrm{x})$ (cf. (1.54)), we have
    $$
    \begin{aligned}
    f(\mathbf{x}+\mathbf{v}) &=f(\mathbf{x})+\nabla f(\mathbf{x})^{T} \mathbf{v}+\frac{1}{2} \mathbf{v}^{T} \nabla^{2} f(\mathbf{x}+\theta \mathbf{v}) \mathbf{v} \
    & \geq f(\mathbf{x})+\nabla f(\mathbf{x})^{T} \mathbf{v} \quad(\text { by }(3.27))
    \end{aligned}
    $$
    for some $\theta \in[0,1]$. Let $\mathbf{y}=\mathbf{x}+\mathbf{v}$, i.e., $\mathbf{v}=\mathbf{y}-\mathbf{x}$. Then we have
    $$
    f(\mathbf{y}) \geq f(\mathbf{x})+\nabla f(\mathbf{x})^{T}(\mathbf{y}-\mathbf{x})
    $$
    which is the exactly first-order condition for the convexity of $f(\mathbf{x})$, implying that $f$ is convex.
  • Necessity: Since $f(\mathbf{x})$ is convex, from the first-order condition we have
    $$
    f(\mathbf{x}+\mathbf{v}) \geq f(\mathbf{x})+\nabla f(\mathbf{x})^{T} \mathbf{v}
    $$
    which together with the second-order expansion of Taylor series of $f(\mathbf{x})$ given by (3.28) implies
    $$
    \mathbf{v}^{T} \nabla^{2} f(\mathbf{x}+\theta \mathbf{v}) \mathbf{v} \geq 0
    $$
    By letting $|\mathbf{v}|_{2} \rightarrow 0$, it can be inferred that $\nabla^{2} f(\mathbf{x}) \succeq \mathbf{0}$ because $\nabla^{2} f(\mathbf{x})$ is continuous for a convex twice differentiable function $f(\mathbf{x})$.

Remark 3.16 If the second-order condition given by (3.27) holds true with the strict inequality for all $\mathbf{x} \in \operatorname{dom} f$, the function $f$ is strictly convex; moreover, under the second-order condition given by (3.27) for the case that $f: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}$,

the first derivative $f^{\prime}$ must be continuous and nondecreasing if $f$ is convex, and continuous and strictly increasing if $f$ is strictly convex.

Remark $3.17$ (Strong convexity) A convex function $f$ is strongly convex on a set $C$ if there exists an $m>0$ such that either $\nabla^{2} f(\mathbf{x}) \succeq m \mathbf{I}$ for all $\mathbf{x} \in C$, or equivalently the following second-order condition holds true:
$$
f(\mathbf{y}) \geq f(\mathbf{x})+\nabla f(\mathbf{x})^{T}(\mathbf{y}-\mathbf{x})+\frac{m}{2}|\mathbf{y}-\mathbf{x}|_{2}^{2} \quad \forall \mathbf{x}, \mathbf{y} \in C
$$
which is directly implied from (3.28). So if $f$ is strongly convex, it must be strictly convex, but the reverse is not necessarily true.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Convex Functions

凸优化代写

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Basic properties and examples of convex functions

在介绍凸函数的定义、性质和各种条件以及举例说明之前,我们需要阐明凸函数的作用。+∞和−∞对于一个函数F:Rn→R. 尽管+∞,−∞∉R,F(X)允许取值+∞或者−∞对于一些X∈dom⁡F,以后。例如,以下函数
$f_{1}(\mathbf{x})=\left{|X|22,|X|2≤1 +∞,1<|X|2≤2, \四\右。d这米f_{1}=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid|\mathbf{x}|_{2} \leq 2\right}f_{2}(x)=\左{−∞,X=0 日志⁡X,X>0, \quad \operatorname{dom} f_{2}=\mathbb{R}{+}\right.一种r和在和ll−d和F一世n和dF在nC吨一世这ns,一种ndf{1}一世s一种C这n在和XF在nC吨一世这n一种ndf_{2}一世s一种C这nC一种在和F在nC吨一世这n.吨H和C这n在和X一世吨是这FF在nC吨一世这ns在一世llb和pr和s和n吨和dn和X吨一世nd和吨一种一世l.D和F一世n一世吨一世这n一种ndF在nd一种米和n吨一种lpr这p和r吨一世和s一种F在nC吨一世这nf: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}$ 如果满足以下条件,则称其为凸的

  • domF是凸的。
  • 对全部X,是∈dom⁡F,θ∈[0,1].
    F(θX+(1−θ)是)≤θF(X)+(1−θ)F(是)

凸函数基本上看起来像一个面朝上的碗,如图 3.1 所示,它可能是可微的、连续但非光滑或不可微的函数(例如,有一些不连续性或F(X)=+∞对于一些X)。请注意,对于给定的θ∈[0,1],和≜θX+(1−θ)是是线段上的一个点X到是和
|和−是|2|是−X|2=θ, 和 |和−X|2|是−X|2=1−θ, 
和F(和)上限为100×θ%的F(X)和100×(1−θ)%的F(是)(即,越接近(越远)和到X, 的贡献越大(越小)F(X)到上限F(和),这也适用于F(是)如图 3.1 所示)。请注意,当和给出而不是θ, 的价值θ在的上限F(和)也可以由(3.4)确定。3.1.4 小节将提供各种凸函数示例。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|First-order condition

假设F是可微的。然后F是凸的当且仅当dom⁡F是凸的并且
F(是)≥F(X)+∇F(X)吨(是−X)∀X,是∈dom⁡F
这称为一阶条件,这意味着一阶泰勒级数逼近F(是)写是=X总是低于原始函数(见图3.3对于一维情况),即一阶条件(3.16)提供了一个紧密的下界(这是一个仿射函数是) 在整个域上得到一个可微的凸函数。此外,从(3.16)可以看出
F(是)=最大限度X∈dom⁡FF(X)+∇F(X)吨(是−X)∀是∈dom⁡F
例如,如图所示3.3,F(b)≥F(一种)+F′(一种)(b−一种)对于任何一种并且等式仅在一种=b. 接下来,让我们证明一阶条件。

(3.16) 的证明:让我们证明充分性和必然性。

  • 充分性:(即,如果 (3.16) 成立,则F是凸的)从(3.16),我们有,对于所有X,是,和∈dom⁡F这是凸的并且0≤λ≤1,
    F(是)≥F(X)+∇F(X)吨(是−X), F(和)≥F(X)+∇F(X)吨(和−X), ⇒λF(是)+(1−λ)F(和)≥F(X)+∇F(X)吨(λ是+(1−λ)和−X).

通过设置X=λ是+(1−λ)和∈dom⁡F在上述不等式中,我们得到λF(是)+(1−λ)F(和)≥F(λ是+(1−λ)和). 所以F是凸的。

  • 必要性:(即,如果F是凸的,那么 (3.16) 成立)对于X,是∈d这米F和0≤ λ≤1,
    F((1−λ)X+λ是)=F(X+λ(是−X)) =F(X)+λ∇F(X+θλ(是−X))吨(是−X)
    对于一些θ∈[0,1](来自泰勒级数(1.53)的一阶展开式)。自从F是凸的,我们有
    F((1−λ)X+λ是)≤(1−λ)F(X)+λF(是)
    将 (3.18) 代入该不等式的左侧,得到
    λF(是)≥λF(X)+λ∇F(X+θλ(是−X))吨(是−X)
    为了λ>0,我们得到(除以λ ),
    F(是)≥F(X)+∇F(X+θλ(是−X))吨(是−X) =F(X)+∇F(X)吨(是−X)( 作为 λ→0+)
    因为∇F是连续的,因为F是可微的和凸的(参见备注3.13以下)。因此 (3.16) 已被证明。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Second-order condition

假设F是二次可微的。然后F是凸的当且仅当 domF是凸的,而 Hessian 的F是所有人的PSDX∈dom⁡F, 那是,
∇2F(X)⪰0,∀X∈dom⁡F
证明:让我们证明充分性和必然性。

  • 充分性:(即,如果∇2F(X)⪰0,∀X∈dom⁡F, 然后F是凸的)从泰勒级数的二阶展开F(X)(参见(1.54)),我们有
    F(X+在)=F(X)+∇F(X)吨在+12在吨∇2F(X+θ在)在 ≥F(X)+∇F(X)吨在( 经过 (3.27))
    对于一些θ∈[0,1]. 让是=X+在, IE,在=是−X. 然后我们有
    F(是)≥F(X)+∇F(X)吨(是−X)
    这正是凸性的一阶条件F(X), 意味着F是凸的。
  • 必要性:因为F(X)是凸的,从我们有的一阶条件
    F(X+在)≥F(X)+∇F(X)吨在
    连同泰勒级数的二阶展开F(X)(3.28) 给出的暗示
    在吨∇2F(X+θ在)在≥0
    通过让|在|2→0, 可以推断出∇2F(X)⪰0因为∇2F(X)对于凸两次可微函数是连续的F(X).

备注 3.16 如果 (3.27) 给出的二阶条件在所有严格不等式的情况下成立X∈dom⁡F, 功能F是严格凸的;此外,在 (3.27) 给出的二阶条件下,F:R→R,

一阶导数F′必须是连续且非递减的,如果F是凸的,并且连续且严格递增,如果F是严格凸的。

评论3.17(强凸性)一个凸函数F在集合上是强凸的C如果存在一个米>0这样要么∇2F(X)⪰米一世对全部X∈C,或者等效地,以下二阶条件成立:
F(是)≥F(X)+∇F(X)吨(是−X)+米2|是−X|22∀X,是∈C
这直接从(3.28)中暗示。因此,如果F是强凸的,它必须是严格凸的,但反过来不一定是正确的。

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随机过程,是依赖于参数的一组随机变量的全体,参数通常是时间。 随机变量是随机现象的数量表现,其时间序列是一组按照时间发生先后顺序进行排列的数据点序列。通常一组时间序列的时间间隔为一恒定值(如1秒,5分钟,12小时,7天,1年),因此时间序列可以作为离散时间数据进行分析处理。研究时间序列数据的意义在于现实中,往往需要研究某个事物其随时间发展变化的规律。这就需要通过研究该事物过去发展的历史记录,以得到其自身发展的规律。

回归分析代写

多元回归分析渐进(Multiple Regression Analysis Asymptotics)属于计量经济学领域,主要是一种数学上的统计分析方法,可以分析复杂情况下各影响因素的数学关系,在自然科学、社会和经济学等多个领域内应用广泛。

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Separating and supporting hyperplanes

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凸优化是数学优化的一个子领域,研究的是凸集上凸函数最小化的问题。许多类凸优化问题都有多项时间算法,而数学优化一般来说是NP困难的。

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Separating and supporting hyperplanes

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Separating hyperplane theorem

Suppose that $C$ and $D$ are convex sets in $\mathbb{R}^{n}$ and $C \cap D=\emptyset$. Then there exists a hyperplane $H(\mathbf{a}, b)=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x}=b\right}$ where $\mathbf{a} \in \mathbb{R}^{n}$ is a nonzero vector and $b \in \mathbb{R}$ such that
$$
C \subseteq H_{-}(\mathbf{a}, b) \text {, i.e., } \mathbf{a}^{T} \mathbf{x} \leq b, \forall \mathbf{x} \in C
$$
and
$$
D \subseteq H_{+}(\mathbf{a}, b), \text { i.e., } \mathbf{a}^{T} \mathbf{x} \geq b, \forall \mathbf{x} \in D
$$
Only the proof of (2.123) will be given below since the proof of (2.122) can be proven similarly. In the proof, we implicitly assume that the two convex sets $C$ and $D$ are closed without loss of generality. The reasons are that $\mathbf{c l} C$, int $C$, cl $D$, and int $D$ are also convex by Property $2.5$ in Subsection 2.1.4, and thus the same hyperplane that separates $\mathbf{c l} C$ (or int $C$ ) and $\mathbf{c l} D$ (or int $D$ ) can also separate $C$ and $D$.
Proof: Let
$$
\operatorname{dist}(C, D)=\inf \left{|\mathbf{u}-\mathbf{v}|_{2} \mid \mathbf{v} \in C, \mathbf{u} \in D\right} .
$$
Assume that $\operatorname{dist}(C, D)>0$, and that there exists a point $\mathbf{c} \in C$ and a point $\mathbf{d} \in D$ such that
$$
|\mathbf{c}-\mathbf{d}|_{2}=\operatorname{dist}(C, D)
$$
(as illustrated in Figure $2.20$ ). These assumptions will be satisfied if $C$ and $D$ are closed, and one of $C$ and $D$ is bounded. Note that it is possible that if both $C$ and $D$ are not bounded, such $\mathbf{c} \in C$ and $\mathbf{d} \in D$ may not exist. For instance, $C=\left{(x, y) \in \mathbb{R}^{2} \mid y \geq e^{-x}+1, x \geq 0\right}$ and $D=\left{(x, y) \in \mathbb{R}^{2} \mid y \leq-e^{-x}, x \geq 0\right}$ are convex, closed, and unbounded with $\operatorname{dist}(C, D)=1$, but $\mathbf{c} \in C$ and $\mathbf{d} \in D$ satisfying (2.125) do not exist.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Supporting hyperplanes

For any nonempty convex set $C$ and for any $\mathbf{x}{0} \in \mathbf{b d} C$, there exists an $\mathbf{a} \neq \mathbf{0}$, such that $\mathbf{a}^{T} \mathbf{x} \leq \mathbf{a}^{T} \mathbf{x}{0}$, for all $\mathbf{x} \in C$; namely, the convex set $C$ is supported by

Proof: Assume that $C$ is a convex set, $A=$ int $C$ (which is open and convex), and $\mathbf{x}{0} \in \mathbf{b d} C$. Let $B=\left{\mathbf{x}{0}\right}$ (which is convex). Then $A \cap B=\emptyset$. By the separating hyperplane theorem, there exists a separating hyperplane $H={\mathbf{x} \mid$ $\left.\mathbf{a}^{T} \mathbf{x}=\mathbf{a}^{T} \mathbf{x}{0}\right}$ (since the distance between the set $A$ and the set $B$ is equal to zero), where $\mathbf{a} \neq \mathbf{0}$, between $A$ and $B$, such that $\mathbf{a}^{T}\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{0}\right) \leq 0$ for all $\mathbf{x} \in C$ (i.e., $C \subseteq H_{-}$by Remark $2.23$ ). Therefore, the hyperplane $H$ is a supporting hyperplane of the convex set $C$ which passes $\mathbf{x}_{0} \in$ bd $C$.

It is now easy to prove, by the supporting hyperplane theorem, that a closed convex set $S$ with int $S \neq \emptyset$ is the intersection of all (possibly an infinite number of) closed halfspaces that contain it (cf. Remark 2.8). Let
$$
\mathcal{H}\left(\mathbf{x}{0}\right) \triangleq\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T}\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{0}\right)=0\right}
$$
be a supporting hyperplane of $S$ passing $\mathbf{x}{0} \in \mathbf{b d} S$. This implies, by the hyperplane supporting theorem, that the associated closed halfspace $\mathcal{H}{-}\left(\mathbf{x}{0}\right)$, which contains the closed convex set $S$, is given by $$ \mathcal{H}{-}\left(\mathbf{x}{0}\right) \triangleq\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T}\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{0}\right) \leq 0\right}, \quad \mathbf{x}{0} \in \mathbf{b d} S $$ Thus it must be true that $$ S=\bigcap{\mathbf{x}{0} \in \mathbf{b d} S} \mathcal{H}{-}\left(\mathbf{x}{0}\right) $$ implying that a closed convex set $S$ can be defined by all of its supporting hyperplanes $\mathcal{H}\left(\mathrm{x}{0}\right)$, though the expression (2.136) may not be unique, thereby justifying Remark $2.8$. When the number of supporting halfspaces containing the closed convex set $S$ is finite, $S$ is a polyhedron. When $S$ is compact and convex,

the supporting hyperplane representation (2.136) can also be expressed as
$$
\left.S=\bigcap_{\mathbf{x}{0} \in S{\text {extr }}} \mathcal{H}{-}\left(\mathbf{x}{0}\right) \text { (cf. }(2.24)\right)
$$
where the intersection also contains those halfspaces whose boundaries may contain multiple extreme points of $S$. Let us conclude this section with the following three remarks.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Summary and discussion

In this chapter, we have introduced convex sets and their properties (mostly geometric properties). Various convexity preserving operations were introduced together with many examples. In addition, the concepts of proper cones on which the generalized equality is defined, dual norms, and dual cones were introduced in detail. Finally, we presented the separating hyperplane theorem, which corroborates the existence of a hyperplane separating two disjoint convex sets, and the existence of the supporting hyperplane of any nonempty convex set. These fundamentals on convex sets along with convex functions to be introduced in the next chapter will be highly instrumental in understanding the concepts of convex optimization. The convex geometry properties introduced in this chapter have been applied to blind hyperspectral unmixing for material identification in remote sensing. Some will be introduced in Chapter 6 .

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Separating and supporting hyperplanes

凸优化代写

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Separating hyperplane theorem

假设C和D是凸集Rn和C∩D=∅. 那么存在一个超平面H(\mathbf{a}, b)=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x}=b\right}H(\mathbf{a}, b)=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x}=b\right}在哪里一种∈Rn是一个非零向量并且b∈R这样
C⊆H−(一种,b), IE, 一种吨X≤b,∀X∈C

D⊆H+(一种,b), IE, 一种吨X≥b,∀X∈D
下面只给出 (2.123) 的证明,因为 (2.122) 的证明可以类似地证明。在证明中,我们隐含地假设两个凸集C和D在不失一般性的情况下是封闭的。原因是ClC, 整数C, 分类D, 和 intD按属性也是凸的2.5在 2.1.4 小节中,因此分离的同一个超平面ClC(或整数C) 和ClD(或整数D) 也可以分开C和D.
证明:让
\operatorname{dist}(C, D)=\inf \left{|\mathbf{u}-\mathbf{v}|_{2} \mid \mathbf{v} \in C, \mathbf{u} \在 D\right} 中。\operatorname{dist}(C, D)=\inf \left{|\mathbf{u}-\mathbf{v}|_{2} \mid \mathbf{v} \in C, \mathbf{u} \在 D\right} 中。
假使,假设距离⁡(C,D)>0, 并且存在一个点C∈C和一点d∈D这样
|C−d|2=距离⁡(C,D)
(如图所示2.20)。如果满足这些假设C和D关闭,并且其中之一C和D是有界的。请注意,如果两者都C和D没有界限,例如C∈C和d∈D可能不存在。例如,C=\left{(x, y) \in \mathbb{R}^{2} \mid y \geq e^{-x}+1, x \geq 0\right}C=\left{(x, y) \in \mathbb{R}^{2} \mid y \geq e^{-x}+1, x \geq 0\right}和D=\left{(x, y) \in \mathbb{R}^{2} \mid y \leq-e^{-x}, x \geq 0\right}D=\left{(x, y) \in \mathbb{R}^{2} \mid y \leq-e^{-x}, x \geq 0\right}是凸的、封闭的和无界的距离⁡(C,D)=1, 但C∈C和d∈D满足 (2.125) 不存在。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Supporting hyperplanes

对于任何非空凸集C并且对于任何X0∈bdC, 存在一个一种≠0, 这样一种吨X≤一种吨X0, 对全部X∈C; 即凸集C支持

证明:假设C是一个凸集,一种=整数C(它是开放和凸的),和X0∈bdC. 让B=\left{\mathbf{x}{0}\right}B=\left{\mathbf{x}{0}\right}(这是凸的)。然后一种∩乙=∅. 根据分离超平面定理,存在一个分离超平面H={\mathbf{x} \mid$ $\left.\mathbf{a}^{T} \mathbf{x}=\mathbf{a}^{T} \mathbf{x}{0}\right}H={\mathbf{x} \mid$ $\left.\mathbf{a}^{T} \mathbf{x}=\mathbf{a}^{T} \mathbf{x}{0}\right}(由于集合之间的距离一种和集合乙等于零),其中一种≠0, 之间一种和乙, 这样一种吨(X−X0)≤0对全部X∈C(IE,C⊆H−按备注2.23)。因此,超平面H是凸集的支持超平面C通过X0∈BDC.

现在很容易证明,通过支持超平面定理,一个闭凸集小号带整数小号≠∅是包含它的所有(可能是无数个)封闭半空间的交集(参见备注 2.8)。让
\mathcal{H}\left(\mathbf{x}{0}\right) \triangleq\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T}\left(\mathbf{x}-\数学bf{x}{0}\right)=0\right}\mathcal{H}\left(\mathbf{x}{0}\right) \triangleq\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T}\left(\mathbf{x}-\数学bf{x}{0}\right)=0\right}
是一个支持超平面小号通过X0∈bd小号. 这意味着,通过超平面支持定理,相关的封闭半空间H−(X0),其中包含闭凸集小号, 是(谁)给的\mathcal{H}{-}\left(\mathbf{x}{0}\right) \triangleq\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T}\left(\mathbf{x }-\mathbf{x}{0}\right) \leq 0\right}, \quad \mathbf{x}{0} \in \mathbf{b d} S\mathcal{H}{-}\left(\mathbf{x}{0}\right) \triangleq\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T}\left(\mathbf{x }-\mathbf{x}{0}\right) \leq 0\right}, \quad \mathbf{x}{0} \in \mathbf{b d} S因此,它必须是真的小号=⋂X0∈bd小号H−(X0)暗示闭凸集小号可以由所有支持的超平面定义H(X0), 虽然表达式 (2.136) 可能不是唯一的, 从而证明了 Remark2.8. 当包含闭合凸集的支持半空间数小号是有限的,小号是一个多面体。什么时候小号是紧凑和凸的,

支持的超平面表示(2.136)也可以表示为
小号=⋂X0∈小号提取物 H−(X0) (参见 (2.24))
其中交集还包含那些边界可能包含多个极值点的半空间小号. 让我们用以下三个评论来结束本节。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Summary and discussion

在本章中,我们介绍了凸集及其性质(主要是几何性质)。结合许多例子介绍了各种保凸性操作。此外,还详细介绍了定义广义等式的真锥、对偶范数和对偶锥等概念。最后,我们提出了分离超平面定理,它证实了分离两个不相交凸集的超平面的存在,以及任何非空凸集的支持超平面的存在。这些关于凸集的基础知识以及将在下一章中介绍的凸函数将有助于理解凸优化的概念。本章介绍的凸几何特性已应用于遥感材料识别的盲高光谱分解。一些将在第 6 章中介绍。

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金融工程代写

金融工程是使用数学技术来解决金融问题。金融工程使用计算机科学、统计学、经济学和应用数学领域的工具和知识来解决当前的金融问题,以及设计新的和创新的金融产品。

非参数统计代写

非参数统计指的是一种统计方法,其中不假设数据来自于由少数参数决定的规定模型;这种模型的例子包括正态分布模型和线性回归模型。

广义线性模型代考

广义线性模型(GLM)归属统计学领域,是一种应用灵活的线性回归模型。该模型允许因变量的偏差分布有除了正态分布之外的其它分布。

术语 广义线性模型(GLM)通常是指给定连续和/或分类预测因素的连续响应变量的常规线性回归模型。它包括多元线性回归,以及方差分析和方差分析(仅含固定效应)。

有限元方法代写

有限元方法(FEM)是一种流行的方法,用于数值解决工程和数学建模中出现的微分方程。典型的问题领域包括结构分析、传热、流体流动、质量运输和电磁势等传统领域。

有限元是一种通用的数值方法,用于解决两个或三个空间变量的偏微分方程(即一些边界值问题)。为了解决一个问题,有限元将一个大系统细分为更小、更简单的部分,称为有限元。这是通过在空间维度上的特定空间离散化来实现的,它是通过构建对象的网格来实现的:用于求解的数值域,它有有限数量的点。边界值问题的有限元方法表述最终导致一个代数方程组。该方法在域上对未知函数进行逼近。[1] 然后将模拟这些有限元的简单方程组合成一个更大的方程系统,以模拟整个问题。然后,有限元通过变化微积分使相关的误差函数最小化来逼近一个解决方案。

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Convexity preserving operations

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Convexity preserving operations

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Intersection

If $S_{1}$ and $S_{2}$ are convex sets, then $S_{1} \cap S_{2}$ is also convex. This property extends to the intersection of an infinite number of convex sets, i.e., if $S_{a}$ is convex for every $\alpha \in \mathcal{A}$, then $\cap_{\alpha \in \mathcal{A}} S_{\alpha}$ is convex. Let us illuminate the usefulness of this convexity preserving operation with the following remarks and examples.

Remark 2.6 A polyhedron can be considered as intersection of a finite number of halfspaces and hyperplanes (which are convex) and hence the polyhedron is convex.

Remark 2.7 Subspaces are closed under arbitrary intersections; so are affine sets and convex cones. So they all are convex sets.

Remark 2.8 A closed convex set $S$ is the intersection of all (possibly an infinite number of) closed halfspaces that contain $S$. This can be proven by the separating hyperplane theory (to be introduced in Subsection 2.6.1).

Example 2.4 The PSD cone $\mathbb{S}{+}^{n}$ is known to be convex. The proof of its convexity by the intersection property is given as follows. It is easy to see that $S{+}^{n}$ can be expressed as
$$
\mathbb{S}{+}^{n}=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \mathbf{z}^{T} \mathbf{X} \mathbf{z} \geq 0, \forall \mathbf{z} \in \mathbb{R}^{n}\right}=\bigcap{\mathbf{z} \in \mathbb{R}^{n}} S_{\mathbf{z}}
$$
where
$$
\begin{aligned}
S_{\mathbf{z}} &=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \mathbf{z}^{T} \mathbf{X} \mathbf{z} \geq 0\right}=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \operatorname{Tr}\left(\mathbf{z}^{T} \mathbf{X} \mathbf{z}\right) \geq 0\right} \
&=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \operatorname{Tr}\left(\mathbf{X} \mathbf{z z}^{T}\right) \geq 0\right}=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \operatorname{Tr}(\mathbf{X} \mathbf{Z}) \geq 0\right}
\end{aligned}
$$
in which $\mathbf{Z}=\mathbf{z z}^{T}$, implying that $S_{\mathbf{z}}$ is a halfspace if $\mathbf{z} \neq \mathbf{0}{n}$. As the intersection of halfspaces is also convex, $\mathbb{S}{+}^{n}$ (intersection of infinite number of halfspaces) is a convex set. It is even easier to prove the convexity of $S_{\mathbf{z}}$ by the definition of convex sets.
Example 2.5 Consider
$$
P(\mathbf{x}, \omega)=\sum_{i=1}^{n} x_{i} \cos (i \omega)
$$
and a set
$$
\begin{aligned}
C &=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid l(\omega) \leq P(\mathbf{x}, \omega) \leq u(\omega) \quad \forall \omega \in \Omega\right} \
&=\bigcap_{\omega \in \Omega}\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid l(\omega) \leq \sum_{i=1}^{n} x_{i} \cos (i \omega) \leq u(\omega)\right}
\end{aligned}
$$
Let
$$
\mathbf{a}(\omega)=[\cos (\omega), \cos (2 \omega), \ldots, \cos (n \omega)]^{T}
$$

Then we have
$C=\bigcap_{\omega \in \Omega}\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid \mathbf{a}^{T}(\omega) \mathbf{x} \geq l(\omega), \mathbf{a}^{T}(\omega) \mathbf{x} \leq u(\omega)\right}$ (intersection of halfspaces), which implies that $C$ is convex. Note that the set $C$ is a polyhedron only when the set size $|\Omega|$ is finite.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Affine function

A function $f: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}^{m}$ is affine if it takes the form
$$
\boldsymbol{f}(\mathbf{x})=\mathbf{A} \mathbf{x}+\mathbf{b}
$$
where $\mathbf{A} \in \mathbb{R}^{m \times n}$ and $\mathbf{b} \in \mathbb{R}^{m}$. The affine function, for which $\boldsymbol{f}$ (dom $\boldsymbol{f}$ ) is an affine set if dom $f$ is an affine set, also called the affine transformation or the affine mapping, has been implicitly used in defining the affine hull given by (2.7) in the preceding Subsection 2.1.2. It preserves points, straight lines, and planes, but not necessarily preserves angles between lines or distances between points. The affine mapping plays an important role in a variety of convex sets and convex functions, problem reformulations to be introduced in the subsequent chapters.
Suppose $S \subseteq \mathbb{R}^{n}$ is convex and $f: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}^{m}$ is an affine function (see Figure 2.12). Then the image of $S$ under $f$,
$$
f(S)={f(\mathbf{x}) \mid \mathbf{x} \in S}
$$
is convex. The converse is also true, i.e., the inverse image of the convex set $C$
$$
\boldsymbol{f}^{-1}(C)={\mathbf{x} \mid \boldsymbol{f}(\mathbf{x}) \in C}
$$
is convex. The proof is given below.
Proof: Let $\mathbf{y}{1}$ and $\mathbf{y}{2} \in C$. Then there exist $\mathbf{x}{1}$ and $\mathbf{x}{2} \in f^{-1}(C)$ such that $\mathbf{y}{1}=\mathbf{A} \mathbf{x}{1}+\mathbf{b}$ and $\mathbf{y}{2}=\mathbf{A} \mathbf{x}{2}+\mathbf{b}$. Our aim is to show that the set $f^{-1}(C)$, which is the inverse image of $\boldsymbol{f}$, is convex. For $\theta \in[0,1]$,
$$
\begin{aligned}
\theta \mathbf{y}{1}+(1-\theta) \mathbf{y}{2} &=\theta\left(\mathbf{A} \mathbf{x}{1}+\mathbf{b}\right)+(1-\theta)\left(\mathbf{A \mathbf { x } { 2 }}+\mathbf{b}\right) \
&=\mathbf{A}\left(\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}\right)+\mathbf{b} \in C
\end{aligned}
$$
which implies that $\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2} \in f^{-1}(C)$, and that the convex combination of $\mathbf{x}{1}$ and $\mathbf{x}{2}$ is in $f^{-1}(C)$, and hence $f^{-1}(C)$ is convex.

Remark 2.9 If $S_{1} \subset \mathbb{R}^{n}$ and $S_{2} \subset \mathbb{R}^{n}$ are convex and $\alpha_{1}, \alpha_{2} \in \mathbb{R}$, then the set $S=\left{(\mathbf{x}, \mathbf{y}) \mid \mathbf{x} \in S_{1}, \mathbf{y} \in S_{2}\right}$ is convex. Furthermore, the set
$$
\alpha_{1} S_{1}+\alpha_{2} S_{2}=\left{\mathbf{z}=\alpha_{1} \mathbf{x}+\alpha_{2} \mathbf{y} \mid \mathbf{x} \in S_{1}, \mathbf{y} \in S_{2}\right} \quad(\text { cf. (1.22) and (1.23)) }
$$
is also convex (since this set can be thought of as the image of the convex set $S$ through the affine mapping given by (2.58) from $S$ to $\alpha_{1} S_{1}+\alpha_{2} S_{2}$ with

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Perspective function and linear-fractional function

Linear-fractional functions are functions which are more general than affine but still preserve convexity. The perspective function scales or normalizes vectors so that the last component is one, and then drops the last component.

The perspective function $\boldsymbol{p}: \mathbb{R}^{n+1} \rightarrow \mathbb{R}^{n}$, with $\operatorname{dom} \boldsymbol{p}=\mathbb{R}^{n} \times \mathbb{R}{++}$, is defined as $$ \boldsymbol{p}(\mathbf{z}, t)=\frac{\mathbf{z}}{t} . $$ The perspective function $\boldsymbol{p}$ preserves the convexity of the convex set. Proof: Consider two points $\left(\mathbf{z}{1}, t_{1}\right)$ and $\left(\mathbf{z}{2}, t{2}\right)$ in a convex set $C$ and so $\mathbf{z}{1} / t{1}$ and $\mathbf{z}{2} / t{2} \in \boldsymbol{p}(C)$. Then
$$
\theta\left(\mathbf{z}{1}, t{1}\right)+(1-\theta)\left(\mathbf{z}{2}, t{2}\right)=\left(\theta \mathbf{z}{1}+(1-\theta) \mathbf{z}{2}, \theta t_{1}+(1-\theta) t_{2}\right) \in C,
$$
for any $\theta \in[0,1]$ implying
$$
\frac{\theta \mathbf{z}{1}+(1-\theta) \mathbf{z}{2}}{\theta t_{1}+(1-\theta) t_{2}} \in \boldsymbol{p}(C)
$$
Now, by defining
$$
\mu=\frac{\theta t_{1}}{\theta t_{1}+(1-\theta) t_{2}} \in[0,1],
$$
we get
$$
\frac{\theta \mathbf{z}{1}+(1-\theta) \mathbf{z}{2}}{\theta t_{1}+(1-\theta) t_{2}}=\mu \frac{\mathbf{z}{1}}{t{1}}+(1-\mu) \frac{\mathbf{z}{2}}{t{2}} \in \boldsymbol{p}(C),
$$
which implies $\boldsymbol{p}(C)$ is convex.
A linear-fractional function is formed by composing the perspective function with an affine function. Suppose $\boldsymbol{g}: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}^{m+1}$ is affine, i.e.,
$$
\boldsymbol{g}(\mathbf{x})=\left[\begin{array}{c}
\mathbf{A} \
\mathbf{c}^{T}
\end{array}\right] \mathbf{x}+\left[\begin{array}{l}
\mathbf{b} \
d
\end{array}\right]
$$

where $\mathbf{A} \in \mathbb{R}^{m \times n}, \mathbf{b} \in \mathbb{R}^{m}, \mathbf{c} \in \mathbb{R}^{n}$, and $d \in \mathbb{R}$. The function $\boldsymbol{f}: \mathbb{R}^{n} \rightarrow \mathbb{R}^{m}$ is given by $f=\boldsymbol{p} \circ \boldsymbol{g}$, i.e.,
$$
\boldsymbol{f}(\mathbf{x})=\boldsymbol{p}(\boldsymbol{g}(\mathbf{x}))=\frac{\mathbf{A} \mathbf{x}+\mathbf{b}}{\mathbf{c}^{T} \mathbf{x}+d}, \quad \operatorname{dom} \boldsymbol{f}=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{c}^{T} \mathbf{x}+d>0\right},
$$
is called a linear-fractional (or projective) function. Hence, linear-fractional functions preserve the convexity.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Convexity preserving operations

凸优化代写

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Intersection

如果小号1和小号2是凸集,那么小号1∩小号2也是凸的。这个性质扩展到无限数量的凸集的交集,即,如果小号一种对每个都是凸的一种∈一种, 然后∩一种∈一种小号一种是凸的。让我们用下面的评论和例子来说明这种保持凸性的操作的有用性。

备注 2.6 多面体可以被认为是有限数量的半空间和超平面(它们是凸的)的交集,因此多面体是凸的。

备注 2.7 子空间在任意交点下是封闭的;仿射集和凸锥也是如此。所以它们都是凸集。

备注 2.8 闭凸集小号是所有(可能是无数个)封闭半空间的交集,包含小号. 这可以通过分离超平面理论来证明(将在 2.6.1 小节中介绍)。

示例 2.4 PSD 锥体小号+n已知是凸的。通过交集性质对其凸性的证明如下。很容易看出小号+n可以表示为
\mathbb{S}{+}^{n}=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \mathbf{z}^{T} \mathbf{X} \mathbf {z} \geq 0, \forall \mathbf{z} \in \mathbb{R}^{n}\right}=\bigcap{\mathbf{z} \in \mathbb{R}^{n}} S_ {\mathbf{z}}\mathbb{S}{+}^{n}=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \mathbf{z}^{T} \mathbf{X} \mathbf {z} \geq 0, \forall \mathbf{z} \in \mathbb{R}^{n}\right}=\bigcap{\mathbf{z} \in \mathbb{R}^{n}} S_ {\mathbf{z}}
在哪里
\begin{aligned} S_{\mathbf{z}} &=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \mathbf{z}^{T} \mathbf{X} \mathbf{z} \geq 0\right}=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \operatorname{Tr}\left(\mathbf{z}^{T} \mathbf{X} \mathbf{z}\right) \geq 0\right} \ &=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \operatorname{Tr}\left (\mathbf{X} \mathbf{z z}^{T}\right) \geq 0\right}=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \operatorname{Tr }(\mathbf{X} \mathbf{Z}) \geq 0\right} \end{对齐}\begin{aligned} S_{\mathbf{z}} &=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \mathbf{z}^{T} \mathbf{X} \mathbf{z} \geq 0\right}=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \operatorname{Tr}\left(\mathbf{z}^{T} \mathbf{X} \mathbf{z}\right) \geq 0\right} \ &=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \operatorname{Tr}\left (\mathbf{X} \mathbf{z z}^{T}\right) \geq 0\right}=\left{\mathbf{X} \in \mathbb{S}^{n} \mid \operatorname{Tr }(\mathbf{X} \mathbf{Z}) \geq 0\right} \end{对齐}
其中从=和和吨, 意味着小号和是一个半空格如果和≠0n. 由于半空间的交集也是凸的,小号+n(无限个半空间的交集)是一个凸集。更容易证明凸性小号和根据凸集的定义。
例 2.5 考虑
磷(X,ω)=∑一世=1nX一世因⁡(一世ω)
和一套
\begin{aligned} C &=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid l(\omega) \leq P(\mathbf{x}, \omega) \leq u (\omega) \quad \forall \omega \in \Omega\right} \ &=\bigcap_{\omega \in \Omega}\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \ mid l(\omega) \leq \sum_{i=1}^{n} x_{i} \cos (i \omega) \leq u(\omega)\right} \end{对齐}\begin{aligned} C &=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid l(\omega) \leq P(\mathbf{x}, \omega) \leq u (\omega) \quad \forall \omega \in \Omega\right} \ &=\bigcap_{\omega \in \Omega}\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \ mid l(\omega) \leq \sum_{i=1}^{n} x_{i} \cos (i \omega) \leq u(\omega)\right} \end{对齐}

一种(ω)=[因⁡(ω),因⁡(2ω),…,因⁡(nω)]吨

然后我们有
C=\bigcap_{\omega \in \Omega}\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid \mathbf{a}^{T}(\omega) \mathbf{x } \geq l(\omega), \mathbf{a}^{T}(\omega) \mathbf{x} \leq u(\omega)\right}C=\bigcap_{\omega \in \Omega}\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid \mathbf{a}^{T}(\omega) \mathbf{x } \geq l(\omega), \mathbf{a}^{T}(\omega) \mathbf{x} \leq u(\omega)\right}(半空间的交集),这意味着C是凸的。请注意,集C仅当设定大小时才为多面体|Ω|是有限的。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Affine function

一个函数F:Rn→R米如果它采用形式是仿射的
F(X)=一种X+b
在哪里一种∈R米×n和b∈R米. 仿射函数,其中F(domF) 是一个仿射集,如果 domF是一个仿射集,也称为仿射变换或仿射映射,已隐式用于定义前面 2.1.2 小节中 (2.7) 给出的仿射壳。它保留点、直线和平面,但不一定保留线之间的角度或点之间的距离。仿射映射在各种凸集和凸函数中发挥着重要作用,问题重构将在后续章节中介绍。
认为小号⊆Rn是凸的并且F:Rn→R米是一个仿射函数(见图 2.12)。然后的图像小号在下面F,
F(小号)=F(X)∣X∈小号
是凸的。反之亦然,即凸集的逆像C
F−1(C)=X∣F(X)∈C
是凸的。证明如下。
证明:让是1和是2∈C. 那么存在X1和X2∈F−1(C)这样是1=一种X1+b和是2=一种X2+b. 我们的目标是证明集合F−1(C),这是F, 是凸的。为了θ∈[0,1],
θ是1+(1−θ)是2=θ(一种X1+b)+(1−θ)(一种X2+b) =一种(θX1+(1−θ)X2)+b∈C
这意味着θX1+(1−θ)X2∈F−1(C), 并且凸组合X1和X2在F−1(C), 因此F−1(C)是凸的。

备注 2.9 如果小号1⊂Rn和小号2⊂Rn是凸的并且一种1,一种2∈R,那么集合S=\left{(\mathbf{x}, \mathbf{y}) \mid \mathbf{x} \in S_{1}, \mathbf{y} \in S_{2}\right}S=\left{(\mathbf{x}, \mathbf{y}) \mid \mathbf{x} \in S_{1}, \mathbf{y} \in S_{2}\right}是凸的。此外,该集
\alpha_{1} S_{1}+\alpha_{2} S_{2}=\left{\mathbf{z}=\alpha_{1} \mathbf{x}+\alpha_{2} \mathbf{y} \mid \mathbf{x} \in S_{1}, \mathbf{y} \in S_{2}\right} \quad(\text { 参见 (1.22) 和 (1.23)) }\alpha_{1} S_{1}+\alpha_{2} S_{2}=\left{\mathbf{z}=\alpha_{1} \mathbf{x}+\alpha_{2} \mathbf{y} \mid \mathbf{x} \in S_{1}, \mathbf{y} \in S_{2}\right} \quad(\text { 参见 (1.22) 和 (1.23)) }
也是凸的(因为这个集合可以被认为是凸集的图像小号通过 (2.58) 给出的仿射映射从小号到一种1小号1+一种2小号2和

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Perspective function and linear-fractional function

线性分数函数是比仿射更一般但仍保持凸性的函数。透视函数对向量进行缩放或归一化,使最后一个分量为 1,然后丢弃最后一个分量。

透视函数p:Rn+1→Rn, 和dom⁡p=Rn×R++, 定义为p(和,吨)=和吨.透视函数p保持凸集的凸性。证明:考虑两点(和1,吨1)和(和2,吨2)在凸集C所以和1/吨1和和2/吨2∈p(C). 然后
θ(和1,吨1)+(1−θ)(和2,吨2)=(θ和1+(1−θ)和2,θ吨1+(1−θ)吨2)∈C,
对于任何θ∈[0,1]暗示
θ和1+(1−θ)和2θ吨1+(1−θ)吨2∈p(C)
现在,通过定义
μ=θ吨1θ吨1+(1−θ)吨2∈[0,1],
我们得到
θ和1+(1−θ)和2θ吨1+(1−θ)吨2=μ和1吨1+(1−μ)和2吨2∈p(C),
这意味着p(C)是凸的。
通过将透视函数与仿射函数组合形成线性分数函数。认为G:Rn→R米+1是仿射的,即
G(X)=[一种 C吨]X+[b d]

在哪里一种∈R米×n,b∈R米,C∈Rn, 和d∈R. 功能F:Rn→R米是(谁)给的F=p∘G, IE,
\boldsymbol{f}(\mathbf{x})=\boldsymbol{p}(\boldsymbol{g}(\mathbf{x}))=\frac{\mathbf{A} \mathbf{x}+\mathbf{ b}}{\mathbf{c}^{T} \mathbf{x}+d}, \quad \operatorname{dom} \boldsymbol{f}=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{c} ^{T} \mathbf{x}+d>0\right},\boldsymbol{f}(\mathbf{x})=\boldsymbol{p}(\boldsymbol{g}(\mathbf{x}))=\frac{\mathbf{A} \mathbf{x}+\mathbf{ b}}{\mathbf{c}^{T} \mathbf{x}+d}, \quad \operatorname{dom} \boldsymbol{f}=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{c} ^{T} \mathbf{x}+d>0\right},
称为线性分数(或投影)函数。因此,线性分数函数保留了凸性。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考 请认准statistics-lab™

统计代写请认准statistics-lab™. statistics-lab™为您的留学生涯保驾护航。

金融工程代写

金融工程是使用数学技术来解决金融问题。金融工程使用计算机科学、统计学、经济学和应用数学领域的工具和知识来解决当前的金融问题,以及设计新的和创新的金融产品。

非参数统计代写

非参数统计指的是一种统计方法,其中不假设数据来自于由少数参数决定的规定模型;这种模型的例子包括正态分布模型和线性回归模型。

广义线性模型代考

广义线性模型(GLM)归属统计学领域,是一种应用灵活的线性回归模型。该模型允许因变量的偏差分布有除了正态分布之外的其它分布。

术语 广义线性模型(GLM)通常是指给定连续和/或分类预测因素的连续响应变量的常规线性回归模型。它包括多元线性回归,以及方差分析和方差分析(仅含固定效应)。

有限元方法代写

有限元方法(FEM)是一种流行的方法,用于数值解决工程和数学建模中出现的微分方程。典型的问题领域包括结构分析、传热、流体流动、质量运输和电磁势等传统领域。

有限元是一种通用的数值方法,用于解决两个或三个空间变量的偏微分方程(即一些边界值问题)。为了解决一个问题,有限元将一个大系统细分为更小、更简单的部分,称为有限元。这是通过在空间维度上的特定空间离散化来实现的,它是通过构建对象的网格来实现的:用于求解的数值域,它有有限数量的点。边界值问题的有限元方法表述最终导致一个代数方程组。该方法在域上对未知函数进行逼近。[1] 然后将模拟这些有限元的简单方程组合成一个更大的方程系统,以模拟整个问题。然后,有限元通过变化微积分使相关的误差函数最小化来逼近一个解决方案。

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随机分析代写


随机微积分是数学的一个分支,对随机过程进行操作。它允许为随机过程的积分定义一个关于随机过程的一致的积分理论。这个领域是由日本数学家伊藤清在第二次世界大战期间创建并开始的。

时间序列分析代写

随机过程,是依赖于参数的一组随机变量的全体,参数通常是时间。 随机变量是随机现象的数量表现,其时间序列是一组按照时间发生先后顺序进行排列的数据点序列。通常一组时间序列的时间间隔为一恒定值(如1秒,5分钟,12小时,7天,1年),因此时间序列可以作为离散时间数据进行分析处理。研究时间序列数据的意义在于现实中,往往需要研究某个事物其随时间发展变化的规律。这就需要通过研究该事物过去发展的历史记录,以得到其自身发展的规律。

回归分析代写

多元回归分析渐进(Multiple Regression Analysis Asymptotics)属于计量经济学领域,主要是一种数学上的统计分析方法,可以分析复杂情况下各影响因素的数学关系,在自然科学、社会和经济学等多个领域内应用广泛。

MATLAB代写

MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中,其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括:数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发,包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统,其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题,尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题,而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问,这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展,得到了许多用户的投入。在大学环境中,它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域,MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要,工具箱允许您学习应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数(M 文件)的综合集合,可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Examples of convex sets

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Examples of convex sets

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Hyperplanes and halfspaces

A hyperplane is an affine set (hence a convex set) and is of the form
$$
H=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x}=b\right} \subset \mathbb{R}^{n},
$$
where $\mathbf{a} \in \mathbb{R}^{n} \backslash\left{\mathbf{0}_{n}\right}$ is a normal vector of the hyperplane, and $b \in \mathbb{R}$. Analytically it is the solution set of a linear equation of the components of $\mathbf{x}$. In geometrical sense, a hyperplane can be interpreted as the set of points having a constant inner product (b) with the normal vector (a). Since affdim $(H)=n-1$,

the hyperplane (2.30) can also be expressed as
$$
H=\operatorname{aff}\left{\mathbf{s}{1}, \ldots, \mathbf{s}{n}\right} \subset \mathbb{R}^{n},
$$
where $\left{\mathbf{s}{1}, \ldots, \mathbf{s}{n}\right} \subset H$ is any affinely independent set. Then it can be seen that
$$
\left{\begin{array}{l}
\mathbf{B} \triangleq\left[\mathbf{s}{2}-\mathbf{s}{1}, \ldots, \mathbf{s}{n}-\mathbf{s}{1}\right] \in \mathbb{R}^{n \times(n-1)} \text { and } \operatorname{dim}(\mathcal{R}(\mathbf{B}))=n-1 \
\mathbf{B}^{T} \mathbf{a}=\mathbf{0}{n-1}, \text { i.e. }, \mathcal{R}(\mathbf{B})^{\perp}=\mathcal{R}(\mathbf{a}) \end{array}\right. $$ implying that the normal vector a can be determined from $\left{\mathbf{s}{1}, \ldots, \mathbf{s}_{n}\right}$ up to a scale factor.

The hyperplane $H$ defined in $(2.30)$ divides $\mathbb{R}^{n}$ into two closed halfspaces as follows:
$$
\begin{aligned}
&H_{-}=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x} \leq b\right} \
&H_{+}=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x} \geq b\right}
\end{aligned}
$$
and so each of them is the solution set of one (non-trivial) linear inequality. Note that $\mathbf{a}=\nabla\left(\mathbf{a}^{T} \mathbf{x}\right)$ denotes the maximally increasing direction of the linear function $\mathbf{a}^{T} \mathbf{x}$. The above representations for both $H_{-}$and $H_{+}$for a given $\mathbf{a} \neq \mathbf{0}$, are not unique, while they are unique if $\mathbf{a}$ is normalized such that $|\mathbf{a}|_{2}=1$. Moreover, $H_{-} \cap H_{+}=H$.
An open halfspace is a set of the form
$$
H_{–}=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x}b\right}
$$
where $\mathbf{a} \in \mathbb{R}^{n}, \mathbf{a} \neq \mathbf{0}$, and $b \in \mathbb{R}$.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Euclidean balls and ellipsoids

A Euclidean ball (or, simply, ball) in $\mathbb{R}^{n}$ has the following form:
$$
B\left(\mathbf{x}{c}, r\right)=\left{\mathbf{x} \mid\left|\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right|_{2} \leq r\right}=\left{\mathbf{x} \mid\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right)^{T}\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right) \leq r^{2}\right},
$$
where $r>0$. The vector $\mathbf{x}{c}$ is the center of the ball and the positive scalar $r$ is its radius (see Figure 2.7). The Euclidean ball is also a 2-norm ball, and, for simplicity, a ball without explicitly mentioning the associated norm, means the Euclidean ball hereafter. Another common representation for the Euclidean ball is $$ B\left(\mathbf{x}{c}, r\right)=\left{\mathbf{x}{c}+r \mathbf{u} \mid|\mathbf{u}|{2} \leq 1\right}
$$
It can be easily proved that the Euclidean ball is a convex set.
Proof of convexity: Let $\mathbf{x}{1}$ and $\mathbf{x}{2} \in B\left(\mathbf{x}{c}, r\right)$, i.e., $\left|\mathbf{x}{1}-\mathbf{x}{c}\right|{2} \leq r$ and $| \mathbf{x}{2}-$ $\mathbf{x}{c} |_{2} \leq r$. Then,
$$
\begin{aligned}
\left|\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}-\mathbf{x}{c}\right|{2} &=\left|\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}-\left[\theta \mathbf{x}{c}+(1-\theta) \mathbf{x}{c}\right]\right|_{2} \
&=\left|\theta\left(\mathbf{x}{1}-\mathbf{x}{c}\right)+(1-\theta)\left(\mathbf{x}{2}-\mathbf{x}{c}\right)\right|_{2} \
& \leq\left|\theta\left(\mathbf{x}{1}-\mathbf{x}{c}\right)\right|_{2}+\left|(1-\theta)\left(\mathbf{x}{2}-\mathbf{x}{c}\right)\right|_{2} \
& \leq \theta r+(1-\theta) r \
&=r, \text { for all } 0 \leq \theta \leq 1
\end{aligned}
$$
Hence, $\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2} \in B\left(\mathbf{x}{c}, r\right)$ for all $\theta \in[0,1]$, and thus we have proven that $B\left(\mathbf{x}{c}, r\right)$ is convex.

A related family of convex sets are ellipsoids (see Figure $2.7$ ), which have the form
$$
\mathcal{E}=\left{\mathbf{x} \mid\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right)^{T} \mathbf{P}^{-1}\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right) \leq 1\right},
$$
where $\mathbf{P} \in \mathcal{S}{++}^{n}$ and the vector $\mathbf{x}{c}$ is the center of the ellipsoid. The matrix $\mathbf{P}$ determines how far the ellipsoid extends in every direction from the center; the lengths of the semiaxes of $\mathcal{E}$ are given by $\sqrt{\lambda_{i}}$, where $\lambda_{i}$ are eigenvalues of $\mathbf{P}$. Note that a ball is an ellipsoid with $\mathbf{P}=r^{2} \mathbf{I}{n}$ where $r>0$. Another common representation of an ellipsoid is $$ \mathcal{E}=\left{\mathbf{x}{c}+\mathbf{A u} \mid|\mathbf{u}|_{2} \leq 1\right}
$$
where $\mathbf{A}$ is a square matrix and nonsingular. The ellipsoid $\mathcal{E}$ expressed by (2.38) is actually the image of the 2 -norm ball $B(\mathbf{0}, 1)=\left{\mathbf{u} \in \mathbb{R}^{n} \mid|\mathbf{u}|_{2} \leq 1\right}$ via an

affine mapping $\mathbf{x}{c}+\mathbf{A u}$ (cf. $\left.(2.58)\right)$, where $\mathbf{A}=\left(\mathbf{P}^{1 / 2}\right)^{T}$, and the proof will be presented below. With the expression (2.38) for an ellipsoid, the singular values of $\mathbf{A}, \sigma{i}(\mathbf{A})=\sqrt{\lambda_{i}}$ (lengths of semiaxes) characterize the structure of the ellipsoid in a more straightforward fashion than the expression (2.37).
Proof of the ellipsoid representation (2.38) and convexity: Let
$$
\mathbf{P}=\mathbf{Q} \boldsymbol{\Lambda} \mathbf{Q}^{T}=\left(\mathbf{P}^{1 / 2}\right)^{T} \mathbf{P}^{1 / 2}
$$
$(\mathrm{EVD}$ of $\mathbf{P} \succ \mathbf{0})$, where $\boldsymbol{\Lambda}=\boldsymbol{\operatorname { D i a g }}\left(\lambda_{1}, \lambda_{2}, \ldots, \lambda_{n}\right)$ and
$$
\mathbf{P}^{1 / 2}=\boldsymbol{\Lambda}^{1 / 2} \mathbf{Q}^{T},
$$
in which $\Lambda^{1 / 2}=\operatorname{Diag}\left(\sqrt{\lambda_{1}}, \sqrt{\lambda_{2}}, \ldots, \sqrt{\lambda_{n}}\right)$. Then
$$
\mathbf{P}^{-1}=\mathbf{Q} \boldsymbol{\Lambda}^{-1} \mathbf{Q}^{T}=\mathbf{P}^{-1 / 2}\left(\mathbf{P}^{-1 / 2}\right)^{T}, \quad \mathbf{P}^{-1 / 2}=\mathbf{Q} \mathbf{\Lambda}^{-1 / 2}
$$
From the definition of ellipsoid, we have
$$
\begin{aligned}
\mathcal{E} &=\left{\mathbf{x} \mid\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right)^{T} \mathbf{P}^{-1}\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right) \leq 1\right} \
&=\left{\mathbf{x} \mid\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right)^{T} \mathbf{Q} \mathbf{\Lambda}^{-1} \mathbf{Q}^{T}\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right) \leq 1\right}
\end{aligned}
$$
Let $\mathbf{z}=\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}$. Then $$ \mathcal{E}=\left{\mathbf{x}{c}+\mathbf{z} \mid \mathbf{z}^{T} \mathbf{Q} \mathbf{\Lambda}^{-1} \mathbf{Q}^{T} \mathbf{z} \leq 1\right}
$$
Now, by letting $\mathbf{u}=\mathbf{\Lambda}^{-1 / 2} \mathbf{Q}^{T} \mathbf{z}=\left(\mathbf{P}^{-1 / 2}\right)^{T} \mathbf{z}$, we then obtain
$$
\mathcal{E}=\left{\mathbf{x}{c}+\left(\mathbf{P}^{1 / 2}\right)^{T} \mathbf{u} \mid|\mathbf{u}|{2} \leq 1\right}
$$
which is exactly (2.38) with $\left(\mathbf{P}^{1 / 2}\right)^{T}$ replaced by $\mathbf{A}$.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Polyhedra

A polyhedron is a nonempty convex set and is defined as the solution set of a finite number of linear equalities and inequalities:
$$
\begin{aligned}
\mathcal{P} &=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}{i}^{T} \mathbf{x} \leq b{i}, i=1,2, \ldots, m, \mathbf{c}{j}^{T} \mathbf{x}=d{j}, j=1,2, \ldots, p\right} \
&=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{A} \mathbf{x} \preceq \mathbf{b}=\left(b_{1}, \ldots, b_{m}\right), \mathbf{C x}=\mathbf{d}=\left(d_{1}, \ldots, d_{p}\right)\right}
\end{aligned}
$$
where ” $\preceq “$ stands for componentwise inequality, $\mathbf{A} \in \mathbb{R}^{m \times n}$ and $\mathbf{C} \in \mathbb{R}^{p \times n}$ are matrices whose rows are $\mathbf{a}{j}^{T} \mathrm{~s}$ and $\mathbf{c}{j}^{T} \mathrm{~s}$, respectively, and $\mathbf{A} \neq \mathbf{0}$ or $\mathbf{C} \neq \mathbf{0}$ must be true. Note that either $m=0$ or $p=0$ is allowed as long as the other parameter is finite and nonzero.

A polyhedron is just the intersection of some halfspaces and hyperplanes (see Figure 2.8). A polyhedron can be unbounded, while a bounded polyhedron is called a polytope, e.g., any 1-norm ball and $\infty$-norm ball of finite radius are polytopes.

Remark 2.3 It can be seen that the $\ell$-dimensional space $\mathbb{R}^{\ell}$ (also an affine set) cannot be expressed in the standard form (2.41) with either nonzero $\mathbf{A}$ or nonzero $\mathbf{C}$, and so it is not a polyhedron for any $\ell \in \mathbb{Z}{++}$. However, because any affine set in $\mathbb{R}^{\ell}$ can be expressed as (2.7) and each $\mathbf{x}$ in the set satisfies (2.8), this implies that the affine set must be a polyhedron if its affine dimension is strictly less than $\ell$. For instance, any subspaces with dimension less than $n$ in $\mathbb{R}^{n}$, and any hyperplane that is defined by a normal vector $\mathbf{a} \neq \mathbf{0}$ and a point $\mathbf{x}{0}$ on the hyperplane, i.e.,
$$
\mathcal{H}\left(\mathbf{a}, \mathbf{x}{0}\right)=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T}\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{0}\right)=0\right}=\left{\mathbf{x}_{0}\right}+\mathcal{R}(\mathbf{a})^{\perp}
$$
in $\mathbb{R}^{n}$, and rays, line segments, and halfspaces are all polyhedra.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Examples of convex sets

凸优化代写

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Hyperplanes and halfspaces

超平面是仿射集(因此是凸集)并且具有以下形式
H=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x}=b\right} \subset \mathbb{R}^{n},H=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x}=b\right} \subset \mathbb{R}^{n},
在哪里\mathbf{a} \in \mathbb{R}^{n} \反斜杠\left{\mathbf{0}_{n}\right}\mathbf{a} \in \mathbb{R}^{n} \反斜杠\left{\mathbf{0}_{n}\right}是超平面的法向量,并且b∈R. 解析地,它是一个线性方程组的解集X. 在几何意义上,超平面可以解释为具有恒定内积 (b) 与法向量 (a) 的点集。自从 affdim(H)=n−1,

超平面(2.30)也可以表示为
H=\operatorname{aff}\left{\mathbf{s}{1}, \ldots, \mathbf{s}{n}\right} \subset \mathbb{R}^{n},H=\operatorname{aff}\left{\mathbf{s}{1}, \ldots, \mathbf{s}{n}\right} \subset \mathbb{R}^{n},
在哪里\left{\mathbf{s}{1}, \ldots, \mathbf{s}{n}\right} \subset H\left{\mathbf{s}{1}, \ldots, \mathbf{s}{n}\right} \subset H是任何仿射独立集。然后可以看出
$$
\left{乙≜[s2−s1,…,sn−s1]∈Rn×(n−1) 和 暗淡⁡(R(乙))=n−1 乙吨一种=0n−1, IE ,R(乙)⊥=R(一种)\对。$$ 暗示法线向量 a 可以从\left{\mathbf{s}{1}, \ldots, \mathbf{s}_{n}\right}\left{\mathbf{s}{1}, \ldots, \mathbf{s}_{n}\right}高达一个比例因子。

超平面H定义在(2.30)划分Rn分成两个封闭的半空间,如下所示:
\begin{aligned} &H_{-}=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x} \leq b\right} \ &H_{+}=\left{\ mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x} \geq b\right} \end{对齐}\begin{aligned} &H_{-}=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x} \leq b\right} \ &H_{+}=\left{\ mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x} \geq b\right} \end{对齐}
所以它们中的每一个都是一个(非平凡的)线性不等式的解集。注意一种=∇(一种吨X)表示线性函数的最大增加方向一种吨X. 以上两种说法H−和H+对于给定的一种≠0, 不是唯一的,而如果它们是唯一的一种被归一化,使得|一种|2=1. 而且,H−∩H+=H.
一个开放的半空间是一组形式
H_{–}=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x}b\right}H_{–}=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T} \mathbf{x}b\right}
在哪里一种∈Rn,一种≠0, 和b∈R.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Euclidean balls and ellipsoids

一个欧几里得球(或简单地说,球)Rn具有以下形式:
B\left(\mathbf{x}{c}, r\right)=\left{\mathbf{x} \mid\left|\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right|_{ 2} \leq r\right}=\left{\mathbf{x} \mid\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right)^{T}\left(\mathbf{x }-\mathbf{x}{c}\right) \leq r^{2}\right},B\left(\mathbf{x}{c}, r\right)=\left{\mathbf{x} \mid\left|\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right|_{ 2} \leq r\right}=\left{\mathbf{x} \mid\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right)^{T}\left(\mathbf{x }-\mathbf{x}{c}\right) \leq r^{2}\right},
在哪里r>0. 向量XC是球的中心和正标量r是它的半径(见图 2.7)。欧几里得球也是一个2范数球,为了简单起见,没有明确提及相关范数的球在下文中指的是欧几里得球。欧几里得球的另一个常见表示是B\left(\mathbf{x}{c}, r\right)=\left{\mathbf{x}{c}+r \mathbf{u} \mid|\mathbf{u}|{2} \leq 1\右}B\left(\mathbf{x}{c}, r\right)=\left{\mathbf{x}{c}+r \mathbf{u} \mid|\mathbf{u}|{2} \leq 1\右}
可以很容易地证明欧几里得球是一个凸集。
凸性证明:让X1和X2∈乙(XC,r), IE,|X1−XC|2≤r和|X2− XC|2≤r. 然后,
|θX1+(1−θ)X2−XC|2=|θX1+(1−θ)X2−[θXC+(1−θ)XC]|2 =|θ(X1−XC)+(1−θ)(X2−XC)|2 ≤|θ(X1−XC)|2+|(1−θ)(X2−XC)|2 ≤θr+(1−θ)r =r, 对全部 0≤θ≤1
因此,θX1+(1−θ)X2∈乙(XC,r)对全部θ∈[0,1],因此我们证明了乙(XC,r)是凸的。

一个相关的凸集族是椭球体(见图2.7),其形式为
\mathcal{E}=\left{\mathbf{x} \mid\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right)^{T} \mathbf{P}^{-1} \left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right) \leq 1\right},\mathcal{E}=\left{\mathbf{x} \mid\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right)^{T} \mathbf{P}^{-1} \left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right) \leq 1\right},
在哪里磷∈小号++n和向量XC是椭球的中心。矩阵磷确定椭球从中心向各个方向延伸的距离;的半轴长度和由λ一世, 在哪里λ一世是的特征值磷. 请注意,球是椭球体磷=r2一世n在哪里r>0. 椭球的另一种常见表示是\mathcal{E}=\left{\mathbf{x}{c}+\mathbf{A u} \mid|\mathbf{u}|_{2} \leq 1\right}\mathcal{E}=\left{\mathbf{x}{c}+\mathbf{A u} \mid|\mathbf{u}|_{2} \leq 1\right}
在哪里一种是方阵且非奇异的。椭球体和由 (2.38) 表示的实际上是 2 范数球的图像B(\mathbf{0}, 1)=\left{\mathbf{u} \in \mathbb{R}^{n} \mid|\mathbf{u}|_{2} \leq 1\right}B(\mathbf{0}, 1)=\left{\mathbf{u} \in \mathbb{R}^{n} \mid|\mathbf{u}|_{2} \leq 1\right}通过一个

仿射映射XC+一种在(参见(2.58)), 在哪里一种=(磷1/2)吨, 下面将给出证明。对于椭球的表达式(2.38),奇异值一种,σ一世(一种)=λ一世(半轴长度)以比表达式 (2.37) 更直接的方式表征椭圆体的结构。
椭球表示(2.38)和凸性的证明:让
磷=问Λ问吨=(磷1/2)吨磷1/2
(和在D的磷≻0), 在哪里Λ=诊断(λ1,λ2,…,λn)和
磷1/2=Λ1/2问吨,
其中Λ1/2=诊断⁡(λ1,λ2,…,λn). 然后
磷−1=问Λ−1问吨=磷−1/2(磷−1/2)吨,磷−1/2=问Λ−1/2
根据椭球的定义,我们有
\begin{对齐} \mathcal{E} &=\left{\mathbf{x} \mid\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right)^{T} \mathbf{P }^{-1}\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right) \leq 1\right} \ &=\left{\mathbf{x} \mid\left(\mathbf {x}-\mathbf{x}{c}\right)^{T} \mathbf{Q} \mathbf{\Lambda}^{-1} \mathbf{Q}^{T}\left(\mathbf{ x}-\mathbf{x}{c}\right) \leq 1\right} \end{对齐}\begin{对齐} \mathcal{E} &=\left{\mathbf{x} \mid\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right)^{T} \mathbf{P }^{-1}\left(\mathbf{x}-\mathbf{x}{c}\right) \leq 1\right} \ &=\left{\mathbf{x} \mid\left(\mathbf {x}-\mathbf{x}{c}\right)^{T} \mathbf{Q} \mathbf{\Lambda}^{-1} \mathbf{Q}^{T}\left(\mathbf{ x}-\mathbf{x}{c}\right) \leq 1\right} \end{对齐}
让和=X−XC. 然后\mathcal{E}=\left{\mathbf{x}{c}+\mathbf{z} \mid \mathbf{z}^{T} \mathbf{Q} \mathbf{\Lambda}^{-1} \mathbf{Q}^{T} \mathbf{z} \leq 1\right}\mathcal{E}=\left{\mathbf{x}{c}+\mathbf{z} \mid \mathbf{z}^{T} \mathbf{Q} \mathbf{\Lambda}^{-1} \mathbf{Q}^{T} \mathbf{z} \leq 1\right}
现在,通过让在=Λ−1/2问吨和=(磷−1/2)吨和,然后我们得到
\mathcal{E}=\left{\mathbf{x}{c}+\left(\mathbf{P}^{1 / 2}\right)^{T} \mathbf{u} \mid|\mathbf{ u}|{2} \leq 1\right}\mathcal{E}=\left{\mathbf{x}{c}+\left(\mathbf{P}^{1 / 2}\right)^{T} \mathbf{u} \mid|\mathbf{ u}|{2} \leq 1\right}
正好是 (2.38)(磷1/2)吨取而代之一种.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Polyhedra

多面体是一个非空凸集,定义为有限数量的线性等式和不等式的解集:
\begin{aligned} \mathcal{P} &=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}{i}^{T} \mathbf{x} \leq b{i}, i=1, 2, \ldots, m, \mathbf{c}{j}^{T} \mathbf{x}=d{j}, j=1,2, \ldots, p\right} \ &=\left{\ mathbf{x} \mid \mathbf{A} \mathbf{x} \preceq \mathbf{b}=\left(b_{1}, \ldots, b_{m}\right), \mathbf{C x}= \mathbf{d}=\left(d_{1}, \ldots, d_{p}\right)\right} \end{对齐}\begin{aligned} \mathcal{P} &=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}{i}^{T} \mathbf{x} \leq b{i}, i=1, 2, \ldots, m, \mathbf{c}{j}^{T} \mathbf{x}=d{j}, j=1,2, \ldots, p\right} \ &=\left{\ mathbf{x} \mid \mathbf{A} \mathbf{x} \preceq \mathbf{b}=\left(b_{1}, \ldots, b_{m}\right), \mathbf{C x}= \mathbf{d}=\left(d_{1}, \ldots, d_{p}\right)\right} \end{对齐}
在哪里 ”⪯“代表分量不等式,一种∈R米×n和C∈Rp×n是行为 $\mathbf{a} {j}^{T} \mathrm{~s}的矩阵一种nd\mathbf{c} {j}^{T}\mathrm{~s},r和sp和C吨一世在和l是,一种nd\mathbf{A} \neq \mathbf{0}这r\mathbf{C} \neq \mathbf{0}米在s吨b和吨r在和.ñ这吨和吨H一种吨和一世吨H和rm=0这r只要其他参数是有限且非零的,就允许 p=0$。

多面体只是一些半空间和超平面的交集(见图 2.8)。多面体可以是无界的,而有界多面体称为多面体,例如,任何 1 范数球和∞有限半径的范数球是多面体。

备注 2.3 可以看出,ℓ维空间Rℓ(也是仿射集)不能用标准形式(2.41)表示,其中任一非零一种或非零C, 所以它不是任何一个多面体ℓ∈从++. 然而,因为任何仿射集在Rℓ可以表示为 (2.7) 并且每个X在集合满足 (2.8) 中,这意味着如果仿射集的仿射维数严格小于ℓ. 例如,任何维度小于n在Rn,以及由法线向量定义的任何超平面一种≠0和一点X0在超平面上,即
\mathcal{H}\left(\mathbf{a}, \mathbf{x}{0}\right)=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T}\left(\mathbf {x}-\mathbf{x}{0}\right)=0\right}=\left{\mathbf{x}_{0}\right}+\mathcal{R}(\mathbf{a})^ {\perp}\mathcal{H}\left(\mathbf{a}, \mathbf{x}{0}\right)=\left{\mathbf{x} \mid \mathbf{a}^{T}\left(\mathbf {x}-\mathbf{x}{0}\right)=0\right}=\left{\mathbf{x}_{0}\right}+\mathcal{R}(\mathbf{a})^ {\perp}
在Rn,而射线、线段和半空间都是多面体。

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金融工程代写

金融工程是使用数学技术来解决金融问题。金融工程使用计算机科学、统计学、经济学和应用数学领域的工具和知识来解决当前的金融问题,以及设计新的和创新的金融产品。

非参数统计代写

非参数统计指的是一种统计方法,其中不假设数据来自于由少数参数决定的规定模型;这种模型的例子包括正态分布模型和线性回归模型。

广义线性模型代考

广义线性模型(GLM)归属统计学领域,是一种应用灵活的线性回归模型。该模型允许因变量的偏差分布有除了正态分布之外的其它分布。

术语 广义线性模型(GLM)通常是指给定连续和/或分类预测因素的连续响应变量的常规线性回归模型。它包括多元线性回归,以及方差分析和方差分析(仅含固定效应)。

有限元方法代写

有限元方法(FEM)是一种流行的方法,用于数值解决工程和数学建模中出现的微分方程。典型的问题领域包括结构分析、传热、流体流动、质量运输和电磁势等传统领域。

有限元是一种通用的数值方法,用于解决两个或三个空间变量的偏微分方程(即一些边界值问题)。为了解决一个问题,有限元将一个大系统细分为更小、更简单的部分,称为有限元。这是通过在空间维度上的特定空间离散化来实现的,它是通过构建对象的网格来实现的:用于求解的数值域,它有有限数量的点。边界值问题的有限元方法表述最终导致一个代数方程组。该方法在域上对未知函数进行逼近。[1] 然后将模拟这些有限元的简单方程组合成一个更大的方程系统,以模拟整个问题。然后,有限元通过变化微积分使相关的误差函数最小化来逼近一个解决方案。

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随机分析代写


随机微积分是数学的一个分支,对随机过程进行操作。它允许为随机过程的积分定义一个关于随机过程的一致的积分理论。这个领域是由日本数学家伊藤清在第二次世界大战期间创建并开始的。

时间序列分析代写

随机过程,是依赖于参数的一组随机变量的全体,参数通常是时间。 随机变量是随机现象的数量表现,其时间序列是一组按照时间发生先后顺序进行排列的数据点序列。通常一组时间序列的时间间隔为一恒定值(如1秒,5分钟,12小时,7天,1年),因此时间序列可以作为离散时间数据进行分析处理。研究时间序列数据的意义在于现实中,往往需要研究某个事物其随时间发展变化的规律。这就需要通过研究该事物过去发展的历史记录,以得到其自身发展的规律。

回归分析代写

多元回归分析渐进(Multiple Regression Analysis Asymptotics)属于计量经济学领域,主要是一种数学上的统计分析方法,可以分析复杂情况下各影响因素的数学关系,在自然科学、社会和经济学等多个领域内应用广泛。

MATLAB代写

MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中,其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括:数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发,包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统,其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题,尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题,而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问,这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展,得到了许多用户的投入。在大学环境中,它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域,MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要,工具箱允许您学习应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数(M 文件)的综合集合,可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。

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凸优化是数学优化的一个子领域,研究的是凸集上凸函数最小化的问题。许多类凸优化问题都有多项时间算法,而数学优化一般来说是NP困难的。

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数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Summary and discussion

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Summary and discussion

In this chapter, we have revisited some mathematical basics of sets, functions, matrices, and vector spaces that will be very useful to understand the remaining chapters and we also introduced the notations that will be used throughout this book. The mathematical preliminaries reviewed in this chapter are by no means complete. For further details, the readers can refer to [Apo07] and [WZ97] for Section 1.1, and [H.J85] and [MS00] for Section 1.2, and other related textbooks.
Suppose that we are given an optimization problem in the following form:
$$
\begin{aligned}
\text { minimize } & f(\boldsymbol{x}) \
\text { subject to } & \boldsymbol{x} \in \mathcal{C}
\end{aligned}
$$
where $f(\boldsymbol{x})$ is the objective function to be minimized and $\mathcal{C}$ is the feasible set from which we try to find an optimal solution. Convex optimization itself is a powerful mathematical tool for optimally solving a well-defined convex optimization problem (i.e., $f(\boldsymbol{x})$ is a convex function and $\mathcal{C}$ is a convex set in problem $(1.127)$ ), or for handling a nonconvex optimization problem (that can be approximated as a convex one). However, the problem (1.127) under investigation may often appear to be a nonconvex optimization problem (with various camouflages) or a nonconvex and nondeterministic polynomial-time hard (NP-hard) problem that forces us to find an approximate solution with some performance or computational efficiency merits and characteristics instead. Furthermore, reformulation of the considered optimization problem into a convex optimization problem can be quite challenging. Fortunately, there are many problem reformulation approaches (e.g., function transformation, change of variables, and equivalent representations) to conversion of a nonconvex problem into a convex problem (i.e., unveiling of all the camouflages of the original problem).

The bridge between the pure mathematical convex optimization theory and how to use it in practical applications is the key for a successful researcher or professional who can efficiently exert his (her) efforts on solving a challenging scientific and engineering problem to which he (she) is dedicated. For a given opti-

mization problem, we aim to design an algorithm (e.g., transmit beamforming algorithm and resource allocation algorithm in communications and networking, nonnegative blind source separation algorithm for the analysis of biomedical and hyperspectral images) to efficiently and reliably yield a desired solution (that may just be an approximate solution rather than an optimal solution), as shown in Figure 1.6, where the block “Problem Reformulation,” the block “Algorithm Design,” and the block “Performance Evaluation and Analysis” are essential design steps before an algorithm that meets our goal is obtained. These design steps rely on smart use of advisable optimization theory and tools that remain in the cloud, like a military commander who needs not only ammunition and weapons but also an intelligent fighting strategy. It is quite helpful to build a bridge so that one can readily use any suitable mathematical theory (e.g., convex sets and functions, optimality conditions, duality, KKT conditions, Schur complement, S-procedure, etc.) and convex solvers (e.g., CVX and SeDuMi) to accomplish these design steps.

The ensuing chapters will introduce fundamental elements of the convex optimization theory in the cloud on one hand and illustrate how these elements were collectively applied in some successful cutting edge researches in communications and signal processing through the design procedure shown in Figure $1.6$ on the other hand, provided that the solid bridges between the cloud and all the design blocks have been constructed.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Lines and line segments

In this chapter we introduce convex sets and their representations, properties, illustrative examples, convexity preserving operations, and geometry of convex sets which have proven very useful in signal processing applications such as hyperspectral and biomedical image analysis. Then we introduce proper cones (convex cones), dual norms and dual cones, generalized inequalities, and separating and supporting hyperplanes. All the materials on convex sets introduced in this chapter are essential to convex functions, convex problems, and duality to be introduced in the ensuing chapters. From this chapter on, for simplicity, we may use $\mathbf{x}$ to denote a vector in $\mathbb{R}^{n}$ and $x_{1}, \ldots, x_{n}$ for its components without explicitly mentioning $\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n}$.

Mathematically, a line $\mathcal{L}\left(\mathbf{x}{1}, \mathbf{x}{2}\right)$ passing through two points $\mathbf{x}{1}$ and $\mathbf{x}{2}$ in $\mathbb{R}^{n}$ is the set defined as
$$
\mathcal{L}\left(\mathbf{x}{1}, \mathbf{x}{2}\right)=\left{\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}, \theta \in \mathbb{R}\right}, \mathbf{x}{1}, \mathbf{x}{2} \in \mathbb{R}^{n}
$$
If $0 \leq \theta \leq 1$, then it is a line segment connecting $\mathbf{x}{1}$ and $\mathbf{x}{2}$. Note that the linear combination $\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \mathbf{x}{2}$ of two points $\mathbf{x}{1}$ and $\mathbf{x}{2}$ with the coefficient sum equal to unity as in (2.1) plays an essential role in defining affine sets and convex sets, and hence the one with $\theta \in \mathbb{R}$ is referred to as the affine combination and the one with $\theta \in[0,1]$ is referred to as the convex combination. Affine combination and convex combination can be extended to the case of more than two points in the same fashion.
Affine sets and affine hulls
A set $C$ is said to be an affine set if for any $\mathbf{x}{1}, \mathbf{x}{2} \in C$ and for any $\theta_{1}, \theta_{2} \in \mathbb{R}$ such that $\theta_{1}+\theta_{2}=1$, the point $\theta_{1} \mathbf{x}{1}+\theta{2} \mathbf{x}_{2}$ also belongs to the set $C$. For instance, the line defined in $(2.1)$ is an affine set. This concept can be extended to more than two points, as illustrated in the following example.

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Relative interior and relative boundary

Affine hull defined in (2.13) and affine dimension of a set defined in (2.14) play an essential role in convex geometric analysis, and have been applied to dimension reduction in many signal processing applications such as blind separation (or unmixing) of biomedical and hyperspectral image signals (to be introduced in Chapter 6). To further illustrate their characteristics, it would be useful to address the interior and the boundary of a set w.r.t. its affine hull, which are, respectively, termed as relative interior and relative boundary, and are defined below.

The relative interior of $C \subseteq \mathbb{R}^{n}$ is defined as
$$
\text { relint } \begin{aligned}
C &={\mathbf{x} \in C \mid B(\mathbf{x}, r) \cap \text { aff } C \subseteq C, \text { for some } r>0} \
&=\text { int } C \text { if aff } C=\mathbb{R}^{n} \quad(c f .(1.20)),
\end{aligned}
$$
where $B(\mathbf{x}, r)$ is a 2 -norm ball with center at $\mathbf{x}$ and radius $r$. It can be inferred from (2.16) that
$$
\text { int } C= \begin{cases}\text { relint } C, & \text { if affdim } C=n \ 0, & \text { otherwise. }\end{cases}
$$
The relative boundary of a set $C$ is defined as
$$
\begin{aligned}
\text { relbd } C &=\mathbf{c l} C \backslash \text { relint } C \
&=\mathbf{b d} C \text {, if int } C \neq \emptyset \text { (by }(2.17))
\end{aligned}
$$
For instance, for $C=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid|\mathbf{x}|_{\infty} \leq 1\right}$ (an infinity-norm ball), its interior and relative interior are identical, so are its boundary and relative boundary; for $C=\left{\mathbf{x}_{0}\right} \subset \mathbb{R}^{n}$ (a singleton set), int $C=\emptyset$ and bd $C=C$, but relbd $C=\emptyset$. Note that affdim $(C)=n$ for the former but affdim $(C)=0 \neq n$ for the latter, thereby providing the information of differentiating the interior (boundary) and the relative interior (relative boundary) of a set. Some more examples about the relative interior (relative boundary) of $C$ and the interior (boundary) of $C$, are illustrated in the following examples.

Example 2.2 Let $C=\left{\mathrm{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid x_{1}^{2}+x_{3}^{2} \leq 1, x_{2}=0\right}=\mathrm{cl} C$. Then relint $C=$ $\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid x_{1}^{2}+x_{3}^{2}<1, x_{2}=0\right}$ and relbd $C=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid x_{1}^{2}+x_{3}^{2}=1, x_{2}=0\right}$ as shown in Figure $2.3$. Note that int $C=\emptyset$ since affdim $(C)=2<3$, while bd $C=$ cl $C \backslash$ int $C=C$.

Example $2.3$ Let $C_{1}=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid|\mathbf{x}|_{2} \leq 1\right}$ and $C_{2}=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid|\mathbf{x}|_{2}=1\right}$. Then int $C_{1}=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid|\mathbf{x}|_{2}<1\right}=$ relint $C_{1}$ and int $C_{2}=$ relint $C_{2}=0$ due to $\operatorname{affdim}\left(C_{1}\right)=\operatorname{affdim}\left(C_{2}\right)=3$.

From now on, for the conceptual conciseness and clarity in the following introduction to convex sets, sometimes we address the pair (int $C$, bd $C$ ) in the context without explicitly mentioning that a convex set $C$ has nonempty interior. However, when int $C=\emptyset$ in the context, one can interpret the pair (int $C$, bd $C$ ) as the pair (relint $C$, relbd $C$ ).

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Summary and discussion

凸优化代写

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Summary and discussion

在本章中,我们重温了集合、函数、矩阵和向量空间的一些数学基础知识,这对于理解其余章节非常有用,我们还介绍了将在本书中使用的符号。本章回顾的数学预备知识绝不是完整的。更详细的内容,读者可以参考[Apo07]和[WZ97]的1.1节,以及[H.J85]和[MS00]的1.2节,以及其他相关教材。
假设我们有一个如下形式的优化问题:
 最小化 F(X)  受制于 X∈C
在哪里F(X)是要最小化的目标函数,并且C是我们试图从中找到最优解的可行集。凸优化本身是一个强大的数学工具,用于优化解决定义明确的凸优化问题(即,F(X)是一个凸函数并且C是问题中的凸集(1.127)),或用于处理非凸优化问题(可以近似为凸优化问题)。然而,正在研究的问题 (1.127) 可能经常看起来是一个非凸优化问题(有各种伪装)或一个非凸和非确定性多项式时间难 (NP-hard) 问题,它迫使我们找到具有某种性能或相反,计算效率的优点和特点。此外,将考虑的优化问题重新表述为凸优化问题可能非常具有挑战性。幸运的是,有许多问题重构方法(例如,函数变换、变量变化和等效表示)可以将非凸问题转换为凸问题(即揭示原始问题的所有伪装)。

纯数学凸优化理论与如何将其应用于实际应用之间的桥梁是成功的研究人员或专业人员能够有效地发挥他(她)的努力来解决他(她)所面临的具有挑战性的科学和工程问题的关键。投入的。对于给定的选项

化问题,我们的目标是设计一种算法(例如,通信和网络中的传输波束成形算法和资源分配算法,用于分析生物医学和高光谱图像的非负盲源分离算法)以有效且可靠地产生所需的解决方案(可能只是是近似解而不是最优解),如图 1.6 所示,其中“问题重构”模块、“算法设计”模块和“性能评估与分析”模块是算法满足之前的基本设计步骤我们的目标达到了。这些设计步骤依赖于明智地使用保留在云中的可取优化理论和工具,例如军事指挥官,他不仅需要弹药和武器,还需要智能战斗策略。

随后的章节将一方面介绍云中凸优化理论的基本要素,并说明这些要素如何通过图 1 所示的设计过程共同应用于通信和信号处理领域的一些成功的前沿研究中。1.6另一方面,前提是云和所有设计块之间的坚固桥梁已经构建。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Lines and line segments

在本章中,我们将介绍凸集及其表示、属性、说明性示例、凸性保持操作以及凸集的几何形状,这些在高光谱和生物医学图像分析等信号处理应用中已被证明非常有用。然后我们介绍了真锥(凸锥)、对偶范数和对偶锥、广义不等式以及分离和支持超平面。本章介绍的所有关于凸集的材料对于后续章节中介绍的凸函数、凸问题和对偶都是必不可少的。从本章开始,为简单起见,我们可以使用X表示一个向量Rn和X1,…,Xn对于它的组件,没有明确提及X∈Rn.

在数学上,一条线大号(X1,X2)通过两点X1和X2在Rn是定义为的集合
\mathcal{L}\left(\mathbf{x}{1}, \mathbf{x}{2}\right)=\left{\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \ mathbf{x}{2}, \theta \in \mathbb{R}\right}, \mathbf{x}{1}, \mathbf{x}{2} \in \mathbb{R}^{n}\mathcal{L}\left(\mathbf{x}{1}, \mathbf{x}{2}\right)=\left{\theta \mathbf{x}{1}+(1-\theta) \ mathbf{x}{2}, \theta \in \mathbb{R}\right}, \mathbf{x}{1}, \mathbf{x}{2} \in \mathbb{R}^{n}
如果0≤θ≤1,那么它就是一条连接线段X1和X2. 注意线性组合θX1+(1−θ)X2两点X1和X2系数和等于(2.1)中的单位在定义仿射集和凸集方面起着重要作用,因此具有θ∈R被称为仿射组合和一个与θ∈[0,1]称为凸组合。仿射组合和凸组合可以以相同的方式扩展到两个以上点的情况。
仿射集和仿射壳
A 集C被称为仿射集,如果对于任何X1,X2∈C并且对于任何θ1,θ2∈R这样θ1+θ2=1, 点θ1X1+θ2X2也属于集合C. 例如,定义在(2.1)是一个仿射集。这个概念可以扩展到两点以上,如下例所示。

数学代写|凸优化作业代写Convex Optimization代考|Relative interior and relative boundary

(2.13)中定义的仿射壳和(2.14)中定义的集合的仿射维数在凸几何分析中发挥着重要作用,并已应用于许多信号处理应用中的降维,例如生物医学和高光谱图像信号(将在第 6 章中介绍)。为了进一步说明它们的特性,有必要通过其仿射壳来解决集合的内部和边界,它们分别称为相对内部和相对边界,并在下面定义。

相对内部C⊆Rn定义为
 重新安装 C=X∈C∣乙(X,r)∩ 亲 C⊆C, 对于一些 r>0 = 整数 C 如果 C=Rn(CF.(1.20)),
在哪里乙(X,r)是一个 2 范数球,中心在X和半径r. 由式(2.16)可以推导出
 整数 C={ 重新安装 C, 如果 affdim C=n 0, 除此以外。 
集合的相对边界C定义为
 重磅 C=ClC∖ 重新安装 C =bdC, 如果 int C≠∅ (经过 (2.17))
例如,对于C=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid|\mathbf{x}|_{\infty} \leq 1\right}C=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{n} \mid|\mathbf{x}|_{\infty} \leq 1\right}(一个无穷范数球),它的内部和相对内部是相同的,它的边界和相对边界也是相同的;为了C=\left{\mathbf{x}_{0}\right} \subset \mathbb{R}^{n}C=\left{\mathbf{x}_{0}\right} \subset \mathbb{R}^{n}(单例集),intC=∅和 bdC=C, 但是 relbdC=∅. 注意 affdim(C)=n对于前者但 affdim(C)=0≠n对于后者,从而提供区分集合的内部(边界)和相对内部(相对边界)的信息。关于相对内部(相对边界)的更多示例C和内部(边界)C,在以下示例中进行了说明。

例 2.2 让C=\left{\mathrm{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid x_{1}^{2}+x_{3}^{2} \leq 1, x_{2}=0 \right}=\mathrm{cl} CC=\left{\mathrm{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid x_{1}^{2}+x_{3}^{2} \leq 1, x_{2}=0 \right}=\mathrm{cl} C. 然后重振旗鼓C= \left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid x_{1}^{2}+x_{3}^{2}<1, x_{2}=0\right}\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid x_{1}^{2}+x_{3}^{2}<1, x_{2}=0\right}和 relbdC=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid x_{1}^{2}+x_{3}^{2}=1, x_{2}=0\对}C=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid x_{1}^{2}+x_{3}^{2}=1, x_{2}=0\对}如图2.3. 请注意,intC=∅自从 affdim(C)=2<3, 而 bdC=分类C∖整数C=C.

例子2.3让C_{1}=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid|\mathbf{x}|_{2} \leq 1\right}C_{1}=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid|\mathbf{x}|_{2} \leq 1\right}和C_{2}=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid|\mathbf{x}|_{2}=1\right}C_{2}=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid|\mathbf{x}|_{2}=1\right}. 然后 intC_{1}=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid|\mathbf{x}|_{2}<1\right}=C_{1}=\left{\mathbf{x} \in \mathbb{R}^{3} \mid|\mathbf{x}|_{2}<1\right}=重新安装C1和整数C2=重新安装C2=0由于关注⁡(C1)=关注⁡(C2)=3.

从现在开始,为了在下面对凸集的介绍中概念简洁明了,有时我们会讨论对(intC, bdC) 在上下文中没有明确提到凸集C有非空的内部。但是,当 intC=∅在上下文中,人们可以解释这对(intC, bdC) 作为对 (relintC, relbdC ).

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金融工程代写

金融工程是使用数学技术来解决金融问题。金融工程使用计算机科学、统计学、经济学和应用数学领域的工具和知识来解决当前的金融问题,以及设计新的和创新的金融产品。

非参数统计代写

非参数统计指的是一种统计方法,其中不假设数据来自于由少数参数决定的规定模型;这种模型的例子包括正态分布模型和线性回归模型。

广义线性模型代考

广义线性模型(GLM)归属统计学领域,是一种应用灵活的线性回归模型。该模型允许因变量的偏差分布有除了正态分布之外的其它分布。

术语 广义线性模型(GLM)通常是指给定连续和/或分类预测因素的连续响应变量的常规线性回归模型。它包括多元线性回归,以及方差分析和方差分析(仅含固定效应)。

有限元方法代写

有限元方法(FEM)是一种流行的方法,用于数值解决工程和数学建模中出现的微分方程。典型的问题领域包括结构分析、传热、流体流动、质量运输和电磁势等传统领域。

有限元是一种通用的数值方法,用于解决两个或三个空间变量的偏微分方程(即一些边界值问题)。为了解决一个问题,有限元将一个大系统细分为更小、更简单的部分,称为有限元。这是通过在空间维度上的特定空间离散化来实现的,它是通过构建对象的网格来实现的:用于求解的数值域,它有有限数量的点。边界值问题的有限元方法表述最终导致一个代数方程组。该方法在域上对未知函数进行逼近。[1] 然后将模拟这些有限元的简单方程组合成一个更大的方程系统,以模拟整个问题。然后,有限元通过变化微积分使相关的误差函数最小化来逼近一个解决方案。

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随机分析代写


随机微积分是数学的一个分支,对随机过程进行操作。它允许为随机过程的积分定义一个关于随机过程的一致的积分理论。这个领域是由日本数学家伊藤清在第二次世界大战期间创建并开始的。

时间序列分析代写

随机过程,是依赖于参数的一组随机变量的全体,参数通常是时间。 随机变量是随机现象的数量表现,其时间序列是一组按照时间发生先后顺序进行排列的数据点序列。通常一组时间序列的时间间隔为一恒定值(如1秒,5分钟,12小时,7天,1年),因此时间序列可以作为离散时间数据进行分析处理。研究时间序列数据的意义在于现实中,往往需要研究某个事物其随时间发展变化的规律。这就需要通过研究该事物过去发展的历史记录,以得到其自身发展的规律。

回归分析代写

多元回归分析渐进(Multiple Regression Analysis Asymptotics)属于计量经济学领域,主要是一种数学上的统计分析方法,可以分析复杂情况下各影响因素的数学关系,在自然科学、社会和经济学等多个领域内应用广泛。

MATLAB代写

MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中,其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括:数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发,包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统,其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题,尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题,而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问,这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展,得到了许多用户的投入。在大学环境中,它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域,MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要,工具箱允许您学习应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数(M 文件)的综合集合,可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。

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