The problem of minimizing a polynomial over a set of polynomial inequalities is an NP-hard non-convex problem. Thanks to powerful results from real algebraic geometry, one can convert this problem into a nested sequence of finite-dimensional convex problems. At each step of the associated hierarchy, one needs to solve a fixed size semidefinite program, which can be in turn solved with efficient numerical tools. On the practical side however, there is no-free lunch and such optimization methods usually encompass severe scalability issues. Fortunately, for many applications, we can look at the problem in the eyes and exploit the inherent data structure arising from the cost and constraints describing the problem, for instance sparsity or symmetries. This book presents several research efforts to tackle this scientific challenge with important computational implications, and provides the development of alternative optimization schemes that scale well in terms of computational complexity, at least in some identified class of problems. The presented algorithmic framework in this book mainly exploits the sparsity structure of the input data to solve large-scale polynomial optimization problems. We present sparsity-exploiting hierarchies of relaxations, for either unconstrained or constrained problems. By contrast with the dense hierarchies, they provide faster approximation of the solution in practice but also come with the same theoretical convergence guarantees. Our framework is not restricted to static polynomial optimization, and we expose hierarchies of approximations for values of interest arising from the analysis of dynamical systems. We also present various extensions to problems involving noncommuting variables, e.g., matrices of arbitrary size or quantum physic operators.


翻译:将多面性不平等的多面性最小化的问题在一系列多面性不平等中是一个NP-硬非隐性的问题。 幸运的是, 在真实的代数几何测量的强大结果下, 人们可以将这一问题转换成一个固定的、 隐蔽的、 隐蔽的、 隐蔽的等式的问题。 在相关等级的每一个步骤中, 人们需要解决一个固定的半定义程序, 而这反过来可以用高效的数值工具来解决。 但是, 在实际的方面, 没有免费的午餐, 而这种优化方法通常包含严重的可缩缩缩缩问题。 幸运的是, 对于许多应用来说, 我们可以看一眼的问题, 并利用描述这一问题的成本和限制产生的内在数据结构。 比如, 软缩或对等质问题。 这本书展示了几项旨在解决这一科学挑战的研究工作, 并且提供了在计算复杂性方面, 至少在一些已查明的问题中, 。 这本书中呈现的算法框架主要是利用了输入数据的可缩缩缩缩缩缩度结构结构结构结构来解决大规模多面性直观性直观性直观的内压问题。, 我们展示的是, 的平面性平面性平面性平面性平面性平面性平面性平面性平面性平面性平面性平局性平介问题, 。

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