凸优化4:Euclid球和椭球

Euclid球(Euclidean balls)

中的Euclid球(简称为球)具有下面的形式:

其中表示Euclid范数,即. 向量是球心,标量为半径。是距离球心不超过的所有点组成。Euclid球的另一个常见的表达式为.

Euclid球是凸集,即若,对于

椭球(Ellipsoids)

另一类相关的凸集为椭球,其具有如下的形式

.

其中,即是对称正定矩阵。向量是椭球的中心。矩阵决定了椭球从向各个方向拓展的幅度。椭球的半轴长度由给出,这里的特征值。球可以堪称是一个

椭球的另一个表示形式为,

其中是非奇异的方阵。我们可以不失一般性地假设对称正定,取。这个式子就类似于第一种表示形式。当为对称半正定矩阵但是奇异时,这个式子表示一个退化地椭球。其仿射维数等于的秩,退化的椭球也是凸的。

椭球公式的推导

只考虑正椭球(椭球的轴为坐标轴,中心在原点),其他形式可以通过线性变换来实现。

椭球的方程:

,则每个轴的长度就为