多元优化

加边黑塞矩阵(bordered Hessian)

/ Hessian: HESS-ee-uhn /

拉格朗日方法找出目标梯度与约束梯度平行的候选点,但它对每个候选点究竟是受约束的极大、极小还是两者皆非保持沉默。加边黑塞矩阵正是了结此问的二阶判别——它是检验普通黑塞矩阵定性的受约束类比。

它的构造是:取拉格朗日函数的黑塞矩阵(对变量的二阶导数),再用约束梯度做成的边把它镶起来。对 n 个变量中的一条约束 g,矩阵为 [0, grad g; (grad g) 转置, H],是一个 (n+1) 阶对称矩阵。诀窍在于,普通定性问错了问题——你只关心沿尊重约束的方向(切空间)上的弯曲。那条边恰好编码了这一限制,判别法读取它若干顺序主子式的符号序列。正确的交错符号模式标志受约束极小;相反的模式标志受约束极大。

在经济学中,这一判别确认成本最小化或效用最大化的解确实是最优,而不仅是驻点。它是受约束优化二阶条件背后严格的后盾,也是灵敏度分析的基础。诚实的提醒:子式符号法则相当挑剔,确切的模式取决于约束的个数,实践中人们往往改为检验限制在切空间上的黑塞矩阵的特征值,那是同一思想更透明的表述。

对两个变量中的一条约束,加边黑塞矩阵是 3 阶矩阵 [0, g_x, g_y; g_x, L_xx, L_xy; g_y, L_xy, L_yy]。该矩阵的行列式为正标志受约束局部极大;为负标志受约束局部极小。

角上的零和边上的约束梯度,使它区别于普通黑塞矩阵。

不要把未加边黑塞矩阵的定性法则套到受约束问题上:相关的弯曲只存在于约束的切空间里,忽略那条边会给出错误结论。

又称
bordered Hessian matrix镶边黑塞矩阵鑲邊黑塞矩陣