本文考虑如下非线性互补约束均衡问题(MPEC):
其中$f:R^{n+m_{2}}\rightarrow R$, $g_{j}:R^{n+m_{2}}\rightarrow R$, $j=1, \cdots, m_{1}$, $F_{j}:R^{n+m_{2}}\rightarrow R$, $j=1, \cdots, m_{2}$, 二阶连续可微, $w\perp y$表示向量$w$与$y$垂直.该问题在经济模型, 工程设计等领域有着广泛的应用, 近年来关于该类问题的研究及应用见文献[1]-[3].
显然, 若将互补约束条件$w\perp y$视为$w^{T}y=0$, 则均衡问题(MPEC)(1.1) 等价于一个光滑非线性规划问题.然而, 文献文献[4]指出:即使没有约束$g(x, y)\geq 0$, 且函数$F(x, y)$具有很好的性质, 对于该光滑非线性规划问题, 较弱的MFCQ条件在任意可行点处都不满足, 故非线性规划一些经典的算法一般不能直接应用到均衡问题上来.关于均衡问题的研究, 文献[5]-[7]利用带扰动参数的互补函数, 通过求解一系列光滑扰动问题来成功逼近原均衡问题的解.在渐近弱退化条件下, 这类扰动问题所产生序列的聚点称为原问题的稳定点.
本文通过构造新的互补函数, 利用逐次逼近思想, 为问题(1.1) 提出新的光滑化技巧.
易知
如文献[2], 定义函数$\phi(y_{j}, w_{j}, u)=-u \ln(e^{-\frac{y_{j}}{u}}+e^{-\frac{w_{j}}{u}}), j=1, \cdots, m_{2}$, 有
由(1.3), 很自然定义
由$\phi$的定义, 有
借助于互补函数$\phi$, 下面我们提出如下非线性规划$(NLP_{u})$:
其中$c_{j}(x, y, w)=w_{j}-F_{j}(x, y), j=1, \cdots, m_{2}$.当$u\rightarrow 0$, 由(1.2) 及(1.3), 易知问题$(NLP_{u})$(1.6) 是问题(MPEC)(1.1) 的光滑近似.
本文通过一个光滑函数$\phi(y_{j}, w_{j}, u)=-u \ln(e^{-\frac{y_{j}}{u}}+e^{-\frac{w_{j}}{u}})\in R$, 把问题(MPEC)(1.1) 转化为一带参数的一般优化问题, 基于文献[8]的思想, 提出了一个新的光滑QP-free算法.该算法具有如下优点:
(ⅰ)罚参数更新比文献[10]简单;
(ⅱ)在不要求Hessian阵估计正定的假设条件下, 算法仍具有超线性收敛性.
令$z=(x, y, w)$, $p=(x, y)$, $q=(y, w)$, $L_1=\{1, \cdots, m_{1}\}$, $L_2=\{1, \cdots, m_{2}\}$, 记$X$为问题(1.6) 的可行集, 即$X:=\{z:g_j(p)\geq 0, j\in L_1, c_j(z)=0, j\in L_2, \phi(q_j, u)=0, j\in L_2\}.$
类似文献[8], 将问题$(NLP_{u})(1.6)$转化为序列不等式约束优化问题$(NLP_{\rho})$:
其中$\rho=(\rho_1, \rho_2)$, $f_{\rho}(x, y, w)=f(x, y)+\rho_1\sum\limits_{j\in L_2 }c_{j}(x, y, w)+ \rho_2\sum\limits_{j\in L_2 }\phi(y_{j}, w_{j}, u)$, $c_{j}(x, y, w)=w_{j}-F_{j}(x, y), j\in L_2$.
研究问题$(NLP_{\rho})(2.1)$易知, $\rho$惩罚满足$c_{j}(x, y, w)> 0$, $j\in L_2$, $\phi(y_{j}, w_{j}, u)> 0$, $j\in L_2$的迭代, 而问题$(NLP_{\rho})(2.1)$的可行性能保证$c_{j}(x, y, w)\geq 0$, $j\in L_2$, $\phi(y_{j}, w_{j}, u)\geq 0$, $j\in L_2$.故$\rho$充分大, 能保证问题$(NLP_{u})(1.6)$的可行性.事实上, 当采用精确罚函数时, 无需$\rho$趋向无穷, 就能收敛到问题$(NLP_{u})(1.6)$的一解.
记${\rm{ }}\tilde {X}:=\{z:g_{j}(p)\geq 0, j\in L_1, \quad c_{j}(z)\geq 0, j\in L_2, \quad \phi(q_{j}, u)\geq 0, j\in L_2 \}, $同时, 记$I^{1}(p)$, $I^{2}(z)$, $I^{3}(q, u)$分别对应于$g$, $c$, $\phi$的积极集, 即
为简化叙述, 记
首先, 给出如下三个基本假设:
H 2.1 问题(1.1)的可行域非空.
H 2.2 函数$f(p)$, $g_{j}(p), j\in L_1 $, $c_{j}(z), j\in L_2$, $\phi(q_{j}, u), j\in L_2$连续可微.
H 2.3 对任意的$z\in X$, (ⅰ)向量$\{ \nabla g_{j}(p)\mid j\in I^{1}(p) \}\cup \{ \nabla c_{j}(z)\mid j\in I^{2}(z) \}\cup \{ \nabla \phi(q_{j}, u)\mid j\in I^{3}(q, u) \} $线性无关; (ⅱ)若$z\notin X$, 则不存在常数$b_1> 0$, $b_2> 0$, 纯量$\beta^{1, j}\geq 0$, $ j\in I^{1}(p)$, $\beta^{2, j}\geq 0$, $j\in I^{2}(z)$, $\beta^{3, j}\geq 0$, $j\in I^{3}(q, u)$使得
假设条件H 2.3 (ⅱ)用于证明(2.14) 方程中系数矩阵非奇异.
在算法前, 先研究问题$(NLP_{u})(1.6)$与问题$(NLP_{\rho})(2.1)$的关系.
$z$称为问题$(NLP_{u})(1.6)$的一K-T点, 若存在乘子$\lambda^{1}\in R^{m_1}$, $\lambda^{2}, \lambda^{3}\in R^{m_2}$满足
其中
若存在乘子$\lambda^{1}\in R^{m_1}$, $\lambda^{2}, \lambda^{3}\in R^{m_2}$使得(2.3)-(2.5) 成立, 则$z$称为问题$(NLP_{u})(1.6)$的稳定点.
下面, 对给定的$\rho=(\rho_1, \rho_1)$, $z\in{\rm{ }}\tilde{X}$称为问题$(NLP_{\rho})$(2.1) 的一K-T点, 若存在乘子$\lambda^{1}\in R^{m_1}$, $\lambda^{2}, \lambda^{3}\in R^{m_2}$, 使得
其中$ e=( \begin{array}{c} { 1}, {\cdots}, {1} \end{array} )^{T} \in R^{m_2} $.若存在乘子$\lambda^{1}\in R^{m_1}$, $\lambda^{2}, \lambda^{3}\in R^{m_2}$使得(2.7)-(2.9) 成立, 则$z$称为问题$(NLP_{\rho})$(2.1) 的一稳定点.
记$\mu=(\mu^{1}, \mu^{2}, \mu^{3})$, 则$(NLP_{\rho})(2.1)$的对数障碍函数如下:
其中$\mu^{1}>0\in R^{m_1}$, $\mu^{2}, \mu^{3}>0\in R^{m_2}$, 其梯度为:
其中$G(p)=diag(g_{j}(p), j\in L_1)$, $C(z)=diag(c_{j}(z), j\in L_2)$, $\Phi (q, u)=diag(\phi(q_{j}, u), j\in L_2)$.
问题$(NLP_{\rho})(2.1)$能通过$\min\beta(z, u, \rho, \mu)$, $\mu\rightarrow 0$求解.由(2.11), 令$\lambda=(\lambda^1, \lambda^2, \lambda^3)$, 定义$\lambda^1=G(p)^{-1}\mu^{1}$, $\lambda^2=C(z)^{-1}\mu^{2}$, $\lambda^3=\Phi (q, u)^{-1} \mu^{3}$, 能视为与$(NLP_{\rho})(2.1)$的解有关的K-T乘子, 等式(2.11) 的右边为$(NLP_{\rho})(2.1)$拉格朗日函数的梯度在$(z, \lambda^1, \lambda^2, \lambda^3)$处的值.
由对偶内点法的思想, 求解下列关于$(z, \lambda)$的非线性系统, $\lambda=(\lambda^1, \lambda^2, \lambda^3)$:
该非线性系统由拟牛顿迭代求解, $\mu=(\mu^{1}, \mu^{2}, \mu^{3})$:
其中$Y^{1}=diag(\lambda^{1, j}, j\in L_1)$, $Y^{2}=diag(\lambda^{2, j}, j\in L_2)$, $Y^{3}=diag(\lambda^{3, j}, j\in L_2)$, $H$为$(NLP_{\rho})(2.1)$拉格朗日函数Hessian阵的近似.
算法基于文献[9]的内点法思想求解问题$(NLP_{\rho})(2.1)$, 对固定的$\rho> 0$.关键技术是如何调整$\rho$, 使得迭代渐近满足$c(z)=0$, $\phi(q, u)=0$, 算法用了一个比文献[10]更为简单的更新准则.当等式约束违反时, $\rho> 0$应增加, 但当$\rho> 0$不受控制地增加时, 可能达不到问题$(NLP_{\rho})(2.1)$的K-T点.为防止这种现象, 要求下列三个条件成立($r_1, r_2, r_3 $为正数):
(ⅰ) $ \left\| \Delta z^{k}_{0} \right\| \leq r_1 $, 表明对问题$(NLP_{\rho_k})(2.1)$稳定点的逼近;
(ⅱ) $\lambda^2_{k}+\Delta \lambda^{2}_{0, k} \ngeq r_{2}e$, $\lambda^3_{k}+\Delta \lambda^{3}_{0, k} \ngeq r_{2}e$, 即在极限点处, 并不是所有的$c_{j}(z)$, $\phi(q_{j}, u)$都成为积极约束;
(ⅲ) $\lambda^1_{k}+\Delta \lambda^{1}_{0, k}\geq r_{3}e$, $\lambda^2_{k}+\Delta \lambda^{2}_{0, k}\geq r_{3}e$, $\lambda^3_{k}+\Delta \lambda^{3}_{0, k}\geq r_{3}e$, 即当$\rho_{k}$增加得非常快时, $\lambda^1_{k}$, $\lambda^2_{k}$或$\lambda^3_{k}$没有分量趋向于$-\infty$.
算法2.1
步骤0 初始化:
给定$z^0\in {\rm{ }}\tilde{X}_0$, $u_0> 0$, $\rho_0> 0$, $\lambda^{1, j}_{0}\in (0, t_{\max}]$, $j\in L_1 $, $\lambda^{2, j}_{0}, \lambda^{3, j}_{0}\in (0, t_{\max}]$, $j\in L_2 $, $H_0\in R^{(n+2m_2)\times (n+2m_2)}$为一对称正定阵.选取参数$\xi\in (0, \frac{1}{2})$, % $\beta\in (0, 1)$ $\eta_1\in (0, 1]$, $\eta_2\in (0, 1]$, $\eta_3\in (0, 1]$, $r_1> 0$, $r_2> 0$, $r_3> 0$, $\nu> 2$, $\theta \in (0, 1)$, $\delta> 1$, $\varrho\in (0, 1)$, $\tau \in (2, 3) $ $\kappa \in (0, 1)$, $l \in (0, 1)$, $t_{\max} > 0$.令$k=0$.
步骤1 通过求解N($z^{k}$, $\lambda_{k}$, $H_{k}$, $u_{k}$, $\rho_{k}$, 0)}计算$(\Delta z^{k}_{0}, \Delta \lambda^{1}_{0, k}, \Delta \lambda^{2}_{0, k}, \Delta\lambda^{3}_{0, k})$.
若$\Delta z^{k}_{0}=0$, $u_{k}<\varepsilon$, 算法停止!否则令$u_{k}=\frac{1}{2}u_{k}$, 转步步骤2.
步骤2 考察上面提到的三个条件:若三个条件同时成立, 则令$\rho_{k+1}=\delta\rho_{k}$, $z^{k+1}=z^{k}$, $\lambda^{1}_{k+1}=\lambda^{1}_{k}$, $\lambda^{2}_{k+1}=\lambda^{2}_{k}$, $\lambda^{3}_{k+1}=\lambda^{3}_{k}$, $H_{k+1}=H_{k}$, 置$k=k+1$, 转步骤1.否则, 转步骤3.
步骤3 通过求解 $\textbf{N}(z^{k}, \lambda_{k}, H_{k}, u_{k}, \rho_{k}, \mu_k)$ 计算 $(\Delta z^{k}_{1}, \Delta \lambda^{1}_{1,k}, \Delta \lambda^{2}_{1,k}, \Delta\lambda^{3}_{1,k})$,其中 $ \mu_k=(\mu^{1}_k, \mu^{2}_k, \mu^{3}_k) =(\left\| \Delta z^{k}_{0} \right\|^{\nu}\lambda^{1}_{k}, \left\| \Delta z^{k}_{0} \right\|^{\nu}\lambda^{2}_{k}, \left\| \Delta z^{k}_{0} \right\|^{\nu}\lambda^{3}_{k} )$.
步骤4 令
步骤5 令
若$ J^1_{k}\cup J^2_{k}\cup J^3_{k}= \emptyset$, 通过求解下列最小二乘问题计算修正方向$\Delta{\rm{ }}\tilde{z}^k$:
若$ J^1_{k}\cup J^2_{k}\cup J^3_{k}\neq \emptyset$或(2.19) 不可行或无界或$ \left\| \Delta {\rm{ }}\tilde{z}^{k} \right\| > \left\|\Delta z^{k} \right\|$, 置$\Delta {\rm{ }}\tilde{z}^{k}=0$.
步骤6 曲线搜索.计算$\left\{1, \varrho, \varrho^2, \ldots\right\}$中满足以下不等式
的最大值$\alpha_k$.
步骤7 更新.令$z^{k+1}=z^k+\alpha\Delta z^k+\alpha^2 \Delta{\rm{ }}\tilde{z}^{k}$.若$ J^1_{k}\cup J^2_{k}\cup J^3_{k}= \emptyset$, 置
否则, 置$ \lambda^{1, j}_{k+1}= \lambda^{1, j}_{0}$, $j\in L_1$, $ \lambda^{2, j}_{k+1}= \lambda^{2, j}_{0}$, $j\in L_2$, $ \lambda^{3, j}_{k+1}= \lambda^{3, j}_{0}$, $j\in L_2$.令$\rho_{k+1}=\rho_{k}$, 更新$H_{k}$为对称正定阵.置$k=k+1$, 转步骤1.
本节首先讨论算法的全局收敛性, 先给出如下一较弱假设条件.
H 3.1 给定任意指标集$K$使得序列$\{z^{k}\}$有界, 且存在常数$\sigma_1$, $\sigma_2> 0$, 对任意$k\in K$满足: $ \left\| H_k \right\|\leq \sigma_2, $
引理3.1 搜索方向$\Delta z^{k}$满足
且
证明 由步骤1, 有
令$S_{k}:= H_{k} +A(p^{k})^{T} G(p^{k})^{-1} Y^{1}_{k}A(p^{k}) +B(z^{k})^{T} C(z^{k})^{-1} Y^{2}_{k} B(z^{k}) +T(q^{k}, u_{k})^{T} \Phi (q^{k}, u_{k})^{-1} Y^{3}_{k} T(q^{k}, u_{k}), $故有
而由假设H3.1, 有$ \nabla f_{\rho_k}(z^k)^{T} \Delta z^{k}_{0} =- (\Delta z^{k}_{0})^{T} S_{k} \Delta z^{k}_{0} \leq -\sigma_1 \left\| \Delta z^{k}_{0} \right\|^{2}. $
根据(2.16), 若$\nabla f_{\rho_k}(z^k)^{T}\Delta z^{k}_{1} \leq \theta \nabla f_{\rho_k}(z^k)^{T}\Delta z^{k}_{0}$, $\varphi_k=1$, 故
若$ \nabla f_{\rho_k}(z^k)^{T}\Delta z^{k}_{1} > \theta \nabla f_{\rho_k}(z^k)^{T}\Delta z^{k}_{0}$, 有
故(3.1) 式成立.而由步骤3, 有
又由(2.18), $\forall j\in J^{1}_k $, $\lambda^{1, j}_{k}+\Delta \lambda^{1, j}_{k} \leq -g_{j}(p^k)$, 则有
类似如上分析, 有$ \nabla c_{j}(z^k)^{T} \Delta z^{k}>0, \forall j \in J^2_{k}, \quad \nabla \phi(q^k_j, u_k)^{T} \Delta z^{k}>0, \forall j \in J^3_{k}, $故(3.2) 式成立.
H 3.2 序列$\{ z^k \}$的一聚点$z^{*}$为问题$(NLP_{\bar \rho})(2.1)$的一孤立K-T点, 且在$z^{*}$处: (ⅰ)严格互补条件成立; (ⅱ)乘子$\lambda^1_{*}$, $\lambda^2_{*}$, $\lambda^3_{*}$满足$\lambda^{1, j}_{*}\leq t_{\max}$, $j\in L_1$, $\lambda^{2, j}_{*}, \lambda^{3, j}_{*}\leq t_{\max}$, $j\in L_2$.
命题3.1 若假设H 2.1-H 3.2成立, 由算法产生的无穷序列$\{ z^k \}$有界, 则$\{ z^k \}$收敛到问题$(NLP_{\bar \rho})(2.1)$的一K-T点$z^{*}$.且对$k\rightarrow \infty$, 有
(ⅰ) $ \{\Delta z^{k} \}\rightarrow 0 $, $\{\lambda^1_{k}+\Delta \lambda^1_{k}\}\rightarrow \lambda^1_{*}$, $\{\lambda^2_{k}+\Delta \lambda^2_{k}\}\rightarrow \lambda^2_{*}$, $\{\lambda^3_{k}+\Delta \lambda^3_{k}\}\rightarrow \lambda^3_{*}$;
(ⅱ) $J^1_{k}=J^2_{k}=J^3_{k}=\emptyset$, $I^1_{k}=I^1(p^*)$, $I^2_{k}=I^2(z^*)$, $I^3_{k}=I^3(q^*, 0)$;
(ⅲ) $\{\lambda^1_{k}\}\rightarrow \lambda^1_{*}$, $\{\lambda^2_{k}\}\rightarrow \lambda^2_{*}$, $\{\lambda^3_{k}\}\rightarrow \lambda^3_{*}$.
证明 证明类似文献[9]中命题4.2的证明.
定理3.1 若假设H2.1-H 3.2成立, 算法产生一无穷序列$\{ z^k \}$, 在$\{ z^k \}$的任一聚点$z^*$处非退化条件成立: $(y^*_{j}, w^*_{j})\neq (0, 0)$, $j\in L_2$, 则$z^*$为问题$(MPEC)(1.1)$的一稳定点.
证明 由命题3.1及(1.3), 有
记$I_{y^*}(z^{*})=\{j\in L_2| w^*_{j}> 0 =y^*_{j}\}$, $I_{w^*}(z^{*})=\{j\in L_2| y^*_{j}> 0 =w^*_{j}\}$, 令
根据(3.11) 及(1.2), 有
其中$V(q^{*})=(0, diag(w^*_{j}), diag(y^*_{j}))$, $j\in L_2$, $w^*_{j}=F_j(x^*, y^*)$, $j\in L_2$, 这表明$z^{*}$是问题$(MPEC)(1.1)$的一稳定点.
记$\lambda^1_{*}$, $s^{*}$, $\pi^{*}$是与$z^{*}$有关的问题$(NLP_u)(1.6)$的K-T乘子, 其中$s^{*}=\lambda^2_{*}-\overline{\rho}_1e$, $\pi^{*}=\lambda^3_{*}-\overline{\rho}_2e$.$(NLP_u)(1.6)$的拉格朗日函数如下:
对应的乘子为$\lambda^{1}$, $s=\lambda^2-\rho_1 e$, $\pi=\lambda^3-\rho_2 e$, 与$(NLP_\rho)(2.1)$的拉格朗日函数相同, 即,
为证明算法的超线性收敛性, 另作如下假设:
H3.3 函数$f(p)$, $g_j(p)$, $j\in L_1$, $c_j(z), \phi(q_{j}, u)$, $j\in L_2$, 三阶连续可微; 在$z^{*}$处二阶充分性条件成立, 即$\nabla_{zz}^2 L(z^{*}, \lambda^1_{*}, s^{*}, \pi^{*})$在如下空间上正定:
H3.4 矩阵序列$\{H_k\}$满足
其中$P_k =I_{n+2m_2}-R_k(R_k^T R_k)^{-1}R_k^T$, $ R_k= [ \nabla g_{j}(p^{k}), j\in I^1({p^*}), \nabla c_{j}(z^{k}), j\in I^2({z^*}), \nabla \phi(q_j^{k}, u_{k}), j\in I^3({q^*}, 0) ] \in R^{(n+2m_2)\times (|I^1({p^*})|+|I^2({z^*})|+|I^3({q^*}, 0)|)}.$
引理3.2 当$k$充分大时, $z^{k+1}=z^k+\Delta z^k+ \Delta{\rm{ }}\tilde{z}^{k}$, 即步长$\alpha_k\equiv 1$.
证明 当$k$充分大时, 由命题3.1(ⅱ)知, $J^1_k=J^2_k=J^3_k=\emptyset$, 即只需证
(ⅰ) $ f_{\rho_k}(z^{k}+\Delta z^{k}+ \Delta{\rm{ }}\tilde{z}^{k}) \leq f_{\rho_k}(z^{k}) +\xi\nabla f_{\rho_k}(z^k)^{T}\Delta z^{k}, $
(ⅱ) $ g_{j}(p^k+\Delta p^k+\Delta {\rm{ }}\tilde{p}^{k}) >0, \forall j\in L_1, $\quad $ c_{j}(z^k+\Delta z^k+ \Delta {\rm{ }}\tilde{z}^{k}) >0, \forall j\in L_2, $ $\phi(q^k_j+\Delta q^k_j+ \Delta {\rm{ }}\tilde{q}^k_j, u_k) >0, \forall j\in L_2.$
首先证(ⅰ)成立.根据假设H3.3, 有
定义$ \lambda^{\prime 1, j}_{k}=\lambda^{1, j}_{k}+\Delta\lambda^{1, j}_{k}, j\in L_1, \lambda^{\prime 2, j}_{k}=\lambda^{2, j}_{k}+\Delta\lambda^{2, j}_{k}, j\in L_2, \lambda^{\prime 3, j}_{k}=\lambda^{3, j}_{k}+\Delta\lambda^{3, j}_{k}, j\in L_2, $
由(3.13) 及(3.14), (3.12) 可写为:
其中$E^1_{k}=\frac{1}{2}\sum\limits_{j\in L_1}\lambda^{\prime1, j}_{k} \nabla g_{j}(p^{k})^{T}\Delta {p}^{k} +\sum\limits_{j\in L_1}\lambda^{\prime1, j}_{k} \nabla g_{j}(p^{k})^{T}\Delta {\rm{ }}\tilde{p}^{k} $, $E^2_{k}=\frac{1}{2}\sum\limits_{j\in L_2} \lambda^{\prime 2, j}_{k} \nabla c_{j}(z^{k})^{T} \Delta {z}^{k} +\sum\limits_{j\in L_2} \lambda^{\prime 2, j}_{k} \nabla c_{j}(z^{k})^{T} \Delta {\rm{ }}\tilde{z}^{k} $, $E^3_{k}=\frac{1}{2}\sum\limits_{j\in L_2} \lambda^{\prime 3, j}_{k} \nabla \phi(q_j^{k}, u_{k})^{T} \Delta {q}_j^{k} +\sum\limits_{j\in L_2} \lambda^{\prime 3, j}_{k} \nabla \phi(q_j^{k}, u_{k})^{T} \Delta {\rm{ }}\tilde{q}_j^{k} $.
$ E^2_{k}, E^3_{k}$形式类似$ E^1_{k}$.
又由于假设H 3.4, 有
又$ \nabla f_{\rho_k}(z^{k})^{T} \Delta z^{k} \leq -\sigma_1 \theta \left\| \Delta z^{k}_{0} \right\|^{2} +o(\left\|\Delta z^{k}\right\|^2) $, 因$0 < \xi < \frac{1}{2}$, 故(ⅰ)成立.
下证(ⅱ)成立.对$j\notin I^1({p^*})$, 因$\{\Delta z^k\}$, $\{\Delta {\rm{ }}\tilde{z}^k\}$都收敛到0, 故$ g_{j}(p^k+\Delta p^k+\Delta {\rm{ }}\tilde{p}^{k})>0$.考虑$j\in I^1({p^*})$, 有
故
因$ 2< \tau< 3$, $0< \kappa < 1$, 由(3.17) 及(2.20) 有$ g_{j}(p^k+\Delta p^k+\Delta {\rm{ }}\tilde{p}^{k})>0$.类似的分析, 有$ c_{j}(z^k+\Delta z^k+ \Delta {\rm{ }}\tilde{z}^{k})>0$, $\phi(q^k_j+\Delta q^k_j+ \Delta {\rm{ }}\tilde{q}^k_j, u_k) >0$, $\forall j\in L_2$. (ⅱ)得证.
定理3.2 在上述假设条件下, 若${u_k} = o(\left\| {\Delta {z^K}} \right\|)$, 则无穷序列$\{z^{k}\}$超线性收敛到(MPEC) (1.1) 的稳定点$z^{*}$, 即
证明 证明类似文献[9]中定理4.6的证明.
利用Lingo软件建立模型求得算法对应问题的内点, 算法中的参数选取为$\xi=0.1$, $\eta_1=0.8$, $\eta_2=0.8$, $\eta_3=0.8$, $r1=1$, $r2=1$, $r3=1$, $\nu=3$, $\delta=2$, $\tau=2.5$, $\kappa=0.5$, $H_{0}$为$(n+2m_2)\times (n+2m_2)$的单位阵.数值实验问题来源于文[5], 文[6], 文[11]及文[12].
问题1 (见[5]问题2).
问题2 (见[6]).
问题3 (见[11]问题4).
问题4 (见[12] outrata33).
问题5 (见[12]qpec2).
通过表 1可以看出本文提出的算法是可行的.
对非线性互补约束均衡问题, 通过引入罚函数思想, 将非线性互补约束均衡问题转化为只含不等式约束的参数规划问题, 且当参数充分大时, 转化问题与原问题等价, 从而减少了问题研究的复杂性.基于内点法的思想, 提出了一个光滑QP-free算法求解转化后的光滑非线性规划问题.该QP-free算法具有如下优点:
(1)罚参数更新比文献[10]更简单;
(2)减弱了Hessian阵估计正定的假设条件, 算法仍具有超线性收敛速度.且数值实验结果表明本文提出的算法是可行的.