设$E$为一实Banach空间, $C$为$E$的一个非空闭凸子集.若映射$T:C\rightarrow C$满足条件
则称$T$为非扩张映射.记$F(T)$为$T$的不动点集, 即$F(T)=\{x\in{C}:Tx=x\}$.
若$f:C\rightarrow C$, 若存在一个实数$\rho\in(0,1)$并且满足条件
则称$f$是具有压缩系数$\rho$的压缩映射.
设$C$是Hilbert空间中的非空闭凸子集, 参数族$\Gamma=\{T(s):s\in{\mathbb{R}^+}\}$被称为非扩张半群, 若满足以下条件:
(ⅰ) $T(0)x=x$, $\forall x\in{C}$;
(ⅱ) $T(s+t)=T(s)T(t)$, $\forall s,t \in{\mathbb{R}^+}$;
(ⅲ) $\|T(s){x}- T(s){y}\|\leq {\|x-y\|}$, $\forall x,y\in{C},s\geq 0$;
(ⅳ) $\forall x\in{C}$, 映射$T(\cdot)x:\mathbb{R}^+\rightarrow C$是连续的.
$F(\Gamma)$表示$\Gamma$的不动点集, 即$F(\Gamma)=\{x\in C:T(s)x=x,0\leq s<\infty\}$.
粘性逼近方法[1-2, 4-7, 9-12]是一种非常重要的方法, 因为它们经常被应用于凸最优化, 线性规划, 单调包含以及椭圆微分方程等等.
1967年Browder[1]首先在Banach空间中固定$u$, 讨论了迭代格式
在一定条件下的强收敛性.
1976年, Brezis [2]在Hilbert空间中讨论了非扩张半群的迭代格式
不过仅仅得到了弱收敛性.
2008年Somyot [5]等在Hilbert空间中讨论了非扩张半群不动点的如下迭代格式:
并在适当条件下证明了由(1.3) 式得到的序列的强收敛性.
2012年Rabian [6]等在上述文献的基础上, 在Banach空间中讨论了非扩张半群的迭代算法
在此基础上, 本文将在具有一致Gateaux可微范数的Banach空间$C$中, 建立了一个逼近非扩张半群公共不动点的粘性逼近方法
其中$\{\alpha_n\}$, $\{\beta_n\}$, $\{\gamma_n\}$, $\{\varepsilon_n\}$为$(0,1)$中的实数序列, 并证明该迭代方法强收敛到某类变分不等式问题的唯一解.
$E$为一实Banach空间, $E^*$为$E$的对偶空间, $\langle\cdot,\cdot\rangle$表示广义对偶对, 称$J:E\rightarrow{2^{E^*}}$为正规对偶映像, 如果
今后均用$j$表示单值赋范对偶映射.
若$S=\{x\in{E}:\|x\|=1\}$为$E$的单位球面, 对任意的$x,y\in{S}$, $\lim\limits_{t\rightarrow 0}\frac{\|x+ty\|-\|x\|}t$一致存在, 则称$E$的范数是一致Gateaux可微的.
设$C$是$E$的非空闭凸子集.参数族$\Gamma=\{T(s):s\in{\mathbb{R}^+}\}$为非扩张半群, $f:C\rightarrow C$是具有压缩系数$\rho$的压缩映射.
定义
其中$t\in(0,1)$, $n\geq 0$, $\lim\limits_{t\rightarrow 0}\omega_t=\infty$.
引理1 [2, 5]设$C$为实Banach空间$E$的非空闭凸子集, $T:C\rightarrow C$为非扩张映射, $F(T)\neq\varnothing.$对任意固定的$u\in E$以及$t\in(0,1)$, 则由$C\ni x\mapsto tu+(1-t)Tx$所定义的压缩算子的唯一不动点$z_t$, 在$t\rightarrow 0$时强收敛于$p\in F(T)$, 其中$p$是与$u$的距离最近的一点.
引理2 [3]设$H$为一个Hilbert空间, $C$为实$H$的非空闭凸子集, $f:C\rightarrow C$是具有压缩系数$\rho$的压缩映射, 则\begin{equation*} \langle x-y, (I-f)y\rangle\geq (1-\rho)\|x-y\|^2, x, y\in C. \end{equation*}
引理3 [5]设$E$为一实Banach空间, $E^*$为$E$的对偶空间, $J:E\rightarrow{2^{E^*}}$为正规对偶映像, 则对任意的$x,y\in E$, 有
引理4 [6-8]设$\{a_n\}$, $\{b_n\}$, $\{c_n\}$均为非负实数列, 对任意$\lambda_n\in [0,1]$, 若存在正整数$N$使得\begin{equation*} a_{n+1}\leq(1-\lambda_n)a_n+b_n+c_n, \forall n\geq N, \end{equation*}其中$\sum\limits_{n=1}^{\infty}\lambda_n=\infty$, $b_n=o(\lambda_n)$, $\sum\limits_{n=1}^{\infty}c_n<\infty$, 则$\lim\limits_{n\rightarrow \infty}a_n= 0$.
定理1 设$C$为Banach空间$E$的一个非空闭凸子集, 参数族$\Gamma=\{T(s):s\in{\mathbb{R}^+}\}$为非扩张半群, $f:C\rightarrow C$是具有压缩系数$\rho$的压缩映射.若算子$T_{t,n}$由(2.1) 式所定义, 则对任意的$t\in(0,1)$, $T_{t,n}$是压缩的.
证 设$\forall x,y\in C$, 由$f$的压缩性以及$T$的非扩张性, 可得
因为$\rho\in(0,1)$, 所以$0<\frac{\gamma_n+t\rho\beta_n}{\gamma_n+t\beta_n}<1$, 即$T_{t,n}$为压缩映射.由Banach压缩映象原理可知, $T_{t,n}$存在唯一的不动点, 记作$p_{t,n}$, 即
若固定$n$, 由引理1以及文献[5]可得$\lim\limits_{t\rightarrow 0}p_{t,n}=p_n\in F(\Gamma)$, 又$p_n$是与$f(p_n)$距离最近的点, 可记$p_n=\tilde{x}\in F(\Gamma)$, 所以$\lim\limits_{t\rightarrow 0}p_{t,n}=\tilde{x}\in F(\Gamma)$.
定理2 设$E$为具有一致Gateaux可微范数的实Banach空间, $C$为$E$的非空闭凸子集, $\Gamma=\{T(s):s\in{\mathbb{R}^+}\}$为非扩张半群, $F(\Gamma)\neq\varnothing$, 算子$T_{t,n}$由(2.1) 式所定义.设$f:C\rightarrow C$是具有压缩系数$\rho$的压缩映射.序列$\{x_n\}$、$\{y_n\}$由(1.5) 式所定义, 其中实数序列$\{\alpha_n\}$, $\{\beta_n\}$, $\{\gamma_n\}$, $\{\varepsilon_n\}$为$(0,1)$中的实数序列, $n\geq 0$, $\lim\limits_{n\rightarrow \infty}s_n=\infty$, 且满足下列条件:
(ⅰ) $\alpha_n+\beta_n+\gamma_n=1$, $n\geq 0$;
(ⅱ) $\lim\limits_{n\rightarrow \infty}\alpha_n= 0$, $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\alpha_n= \infty$;
(ⅲ) $\lim\limits_{n\rightarrow \infty}\gamma_n= 0$.
则序列$\{x_n\}$有界, 且强收敛于变分不等式$\langle(I-f)\tilde{x},x-\tilde{x}\rangle\geq 0$的唯一解$\tilde{x}$, 其中$x,\tilde{x}\in F(\Gamma)$.
证 设$p\in F(\Gamma)$, 由$T$的非扩张性得\begin{equation*} \|y_n-p\|=\|\varepsilon_nx_n+(1-\varepsilon_n)T(s)x_n-p\|\leq \|x_n-p\|. \end{equation*}
对于$\forall n \geq 0$, 由$T$的非扩张性和$f$的压缩性, 有
所以$\{x_n\}$有界, 进一步可得$\{y_n\}$, $\{f(x_n)\}$均有界.
另一方面, 令$\tilde{x}\in F(\Gamma)$, 由引理3可知
若记$M=\sup\|x_n-\tilde{x}\|^2$, 整理(3.2) 式得
由定理1, 不妨设$p_{t,n}$为$T_{t,n}$的唯一不动点, 将(2.1) 式另记为
于是
所以
其中
整理(3.4) 式
其中$M_2\geq \sup\{\|p_{t,n}-x_n\|^2,0<t<1, n\geq0\}$.由(3.5) 式并注意条件(ⅲ), 可得
又因为$\lim\limits_{t\rightarrow 0}p_{t,n}=\tilde{x}$, 所以
记$\lambda_n=\frac{2(1-\rho)}{1-\rho\alpha_n}\alpha_n$, 则由(3.6), (3.7) 式和引理4, 可知
即$\{x_n\}$强收敛于$\tilde{x}\in F(\Gamma)$.
下面说明$\tilde{x}$是变分不等式$\langle(I-f)\tilde{x},x-\tilde{x}\rangle\geq 0,\tilde{x}\in F(\Gamma)$的唯一解.
根据式(3.1) 式可知
$\forall p\in F(\Gamma)$, 根据引理2, 有
由于$\lim\limits_{t\rightarrow 0}p_{t,n}=\tilde{x}$, 所以
因此$\tilde{x}$是$\langle(I-f)\tilde{x},x-\tilde{x}\rangle\geq 0,x\in F(\Gamma)$的解.
若另外有一个$\acute{x}\in F(\Gamma)$也是变分不等式$\langle(I-f)\tilde{x},x-\tilde{x}\rangle\geq 0$的解, 则有
以及$\langle(I-f)\acute{x},\tilde{x}-\acute{x}\rangle\geq 0$.两式相加得
所以$\tilde{x}=\acute{x}$.因此$\tilde{x}$是$\langle(I-f)\tilde{x},x-\tilde{x}\rangle\geq 0$的唯一解.
定理3 设$E$为具有一致Gateaux可微范数的实Banach空间, $C$为$E$的非空闭凸子集. $\Gamma=\{T(s):s\in{\mathbb{R}^+}\}$为非扩张半群, $F(\Gamma)\neq\varnothing$.设$f:C\rightarrow C$是具有压缩系数$\rho$的压缩映射, $T_{t,n}$为由(2.1) 式所定义的压缩映射.如果定义序列
其中实数序列$\{\alpha_n\}$, $\{\beta_n\}$, $\{\gamma_n\}$为$(0,1)$中的实数序列,
证 当$\varepsilon_n=1$时, 粘性迭代格式(1.5) 便退化为(3.8) 式, 由定理2类似可证.
定理4 设$E$为具有一致Gateaux可微范数的实Banach空间, $C$为$E$的非空闭凸子集. $\Gamma=\{T(s):s\in{\mathbb{R}^+}\}$为非扩张半群, $F(\Gamma)\neq\varnothing$.设$f:C\rightarrow C$是具有压缩系数$\rho$的压缩映射, $T_{t,n}$为由(2.1) 式所定义的压缩映射.如果定义序列
其中实数序列$\{\varepsilon_n\}$, $\{\alpha_n\}$为$(0,1)$中的实数序列, $\lim\limits_{n\rightarrow \infty}\alpha_n= 0$, $\sum\limits_{n=1}^{\infty}\alpha_n= \infty$, $n\geq 0$, 则序列$\{x_n\}$有界, 且强收敛于变分不等式$\langle(I-f)\tilde{x},x-\tilde{x}\rangle\geq 0$的唯一解$\tilde{x}$, 其中$x,\tilde{x}\in F(\Gamma)$.
证 当$\beta_n=0$时, 粘性迭代格式(1.5) 便退化为(3.9) 式, 由定理2类似可证.事实上, 该定理是文献[6]的推广.因为若$T=I$, 格式(3.9) 式便可成为(1.4) 式.