数理計画問題とは？わかりやすく解説

最適化問題（さいてきかもんだい、英: optimization problem）とは、特定の集合上で定義された実数値関数または整数値関数についてその値が最小（もしくは最大）となる状態を解析する問題である^[1]。こうした問題は総称して数理計画問題（すうりけいかくもんだい、英: mathematical programming problem, mathematical program）、数理計画とも呼ばれる^[1]。最適化問題は、自然科学、工学、社会科学などの多種多様な分野で発生する基本的な問題の一つであり、その歴史は18世紀の変分問題に遡る^[2]。1940年代に線型計画法が登場して以来、理論的な研究や数値解法の研究が非常に活発に行われ、その応用範囲はいろいろな分野に拡大されていった^[1]。実世界の現象の数理的な解析に関わる問題や抽象的な理論の多くをこの最適化問題という一般的なくくりに入れることができる。物理学やコンピュータビジョンにおける最適化問題は、考えている関数をモデル化された系のエネルギーを表すものと見なすことによって、エネルギー最小化問題と呼ばれることもある。

定義

最適化問題を数学的に記述すると、最小化問題の場合

与えられた関数

f:A\to \mathbb {R}

カテゴリ（最適化 • アルゴリズム） • ソフトウェア

[1]

[2]

$\mbox{max.}\,$	$f(x) (\,$ あるいは, $\mbox{min.}\ f(x)\,$ )
$\mbox{s.t.}\,$	$x = (x_1,x_2,\ldots,x_n) \, \in F,\,$

一般	バリア関数ペナルティ関数法
微分可能	ラグランジュの未定乗数法拡張ラグランジュ関数法逐次二次計画法逐次線形計画法

表話編歴数学
主要分野	数理論理学集合論圏論代数学初等線型多重線型抽象算術/数論解析学/微分積分学関数解析学行列解析幾何学代数微分有限離散位相代数的位相表現論リー理論（英語版）微分方程式線型微分方程式複素微分方程式常微分方程式偏微分方程式積分微分方程式力学系組合せ数学数理物理学ゲーム理論グラフ理論最適化問題数理最適化計算理論確率論数理統計学（英語版）制御理論三角法
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