大规模稀疏二次规划问题的求解算法及应用

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11801023
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0405.连续优化
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In recent years, with the development of big data, there has been an increased interest in solving optimization problems that restrict or minimize the number of nonzero elements of the solution vector. This project aims to study the L0- and Lp (p≥1)-regularized quadratic program and its applications in financial investment and supervised machine learning. In the existing literature, there has not been any study on such sparse optimization model. The L0-norm constraint can accurately control the sparsity of the solution while the Lp-norm constraint can enhance the stability of the solution. Therefore, the proposed model has wide applications in practice. For instance, in portfolio selection, a key problem in financial investment, the L0-norm constraint is adopted to control the number of invested assets and hence the trading and management costs; the L1-norm and L2-norm constraints are used to stabilize the optimal strategy and reduce the portfolio leverage risk and volatility risk. This study includes developing theoretical framework and computational algorithm based on a combination of successive convex approximation and augmented Lagrangian method for solving the L0-norm and Lp-norm constrained quadratic program, and analyzing effects and interplay of the L0-norm and Lp-norm. In particular, the design of the algorithm incorporates the model's data structure for the purpose of efficiently solving large-scale practical problems and ensuring the quality of the solution. We hope the results of this project can facilitate further studies on the theories and applications of regularized quadratic programs, and help with decision-making in financial investment as well as feature selection in machine learning.
近年来随着大数据的发展,求解稀疏优化问题愈发受到关注。本项目重点研究同时含有L0和Lp(p≥1)范数约束的稀疏二次规划问题及其在金融投资和监督机器学习中的应用。现有文献中还未有对该优化模型的研究。L0范数项能够精确控制解的稀疏性,Lp范数项能够加强解的稳定性,因而该模型有广泛的实际应用。例如,在金融领域的经典问题“投资组合选取”中利用L0正则项控制投资的资产数目从而控制资产的交易和管理成本,利用L1和L2正则项获取稳定的投资策略并降低杠杆风险与波动率风险。本项目的研究内容主要包括构造基于序列凸近似和增广拉格朗日方法的求解这类问题的理论框架和数值算法,并从理论和实际两个方面分析L0和Lp范数约束的作用。其中算法设计着重于结合问题的数据结构从而可以高效地求解大规模实际问题并保证解的质量。本项目的研究成果对稀疏二次规划的理论研究和算法设计、金融投资决策的制定及机器学习中特征的筛选有重大促进意义。

结项摘要

近年来随着大数据的发展,如何高效、精准地求解稀疏优化问题愈发受到关注。本项目重点研究含有l_0和l_p (p≥1)范数的稀疏二次规划问题及其在金融投资和风险管理领域的应用。创新性研究成果集中在:一,基于高级优化理论分析最优解的解析性质,探讨正则项、模型参数和约束等对最优解和最优值的影响;推导最优解的l_0范数上界并且刻画l_0和l_p范数具有同向和反向作用的条件。二,设计具有普遍适用性的求解含正则项的二次规划和分布式鲁棒优化模型的算法;开发l_1重加权算法和次梯度-凸差算法近似求解大规模非凸问题;将近似解分解为除l_0项的最优解和稀疏调整项两部分,解析l_0项的作用;分析近似解的质量,其目标函数值相较分支定界法的最优解平均相对误差小于0.1%;四,利用实际数据测试模型和算法的效果,从数值和实证角度进一步验证正则项的作用以及在实际应用中对于投资组合表现的提升。目前文献中主要从算法和仿真实验角度关注稀疏优化模型,对于其最优解或近似解的解析性质的讨论还很有限。本项目获取半闭式解以便更加直观地了解正则项和模型其他参数对于最优解的作用;从理论角度分析迭代算法近似解的特点及其与最优解的联系,为算法的适用性和有效性提供理论指导和支撑;通过实证结果充分说明加入正则项可以提升模型表现。本项目的理论和计算结果为建立符合实际的数学规划模型和制定最优决策提供指导。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Optimal portfolio execution with a Markov chain approximation approach.
使用马尔可夫链近似方法优化投资组合执行。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IMA Journal of Management Mathematics
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Jingnan Chen;Liming Feng;Jiming Peng;Yu Zhang
  • 通讯作者:
    Yu Zhang
Portfolio Selection with Regularization
正则化投资组合选择
  • DOI:
    10.1142/s0217595921500160
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Asia-Pacific Journal of Operational Research
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Ning Zhang;Jingnan Chen;Gengling Dai
  • 通讯作者:
    Gengling Dai
Optimal portfolio deleveraging under market impact and margin restrictions
市场影响和保证金限制下的最佳投资组合去杠杆化
  • DOI:
    10.1016/j.ejor.2021.02.016
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Eur. J. Oper. Res.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chanaka Edirisinghe;Jaehwan Jeong;Jingnan Chen
  • 通讯作者:
    Jingnan Chen
Market or limit orders?
市价单还是限价单?
  • DOI:
    10.1080/14697688.2019.1672882
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Quantitative Finance
  • 影响因子:
    1.3
  • 作者:
    Daniel Mitchell;Jingnan Chen
  • 通讯作者:
    Jingnan Chen

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其他文献

其他文献

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国内证券市场压力风险下的资产抛售模型和算法研究
  • 批准号:
    72171012
  • 批准年份:
    2021
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    48 万元
  • 项目类别:
    面上项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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