フェンシェルの双対性

【ふぇんしぇるのそうついせい (Fenchel duality)】

2つの下半連続な真凸関数 $$k:{\mathbf {R} }^{n}\to {\bar {\mathbf {R} }}$$ と $$h:{\mathbf {R} }^{m}\to {\bar {\mathbf {R} }}$$, および $$A\in {{\mathbf {R} }^{m\times {n}}}$$, $$b\in {{\mathbf {R} }^{m}}$$, $$c\in {{\mathbf {R} }^{n}}$$ に対して, 次の問題のペアに対して成立する双対性のこと.

${\begin{array}{l}\displaystyle {\min _{x\in {{\mathbf {R} }^{n}}}\;\{c^{T}x+k(x)+h(b-Ax)\},}\\\displaystyle {\max _{y\in {{\mathbf {R} }^{m}}}\;\{b^{T}y-h^{*}(y)-k^{*}(A^{T}y-c)\}}\end{array}}$

ここで, $${}^{*}$$ は共役関数を表す. 通常は, 簡略化して目的関数を凸関数 $$f_{1}(x)$$ と凹関数 $$f_{2}(x)$$ の差で表した主問題 $$\min _{x}\{f_{1}(x)-f_{2}(x)\}$$ に対して, $$\max _{y}\{f_{2}^{*}(y)-f_{1}^{*}(y)\}$$ をフェンシェルの双対問題と呼び, その双対性を指す.