中正大學課程大綱
課程名稱(中文): 最佳化導論 開課單位: 通訊工程研究所(Graduate Institute of Communications Engineering)
課程名稱(英文) Introduction to Optimization Theory 課程代碼 4305183_01
授課教師: 翁健家 學分數 3
必/選修 選修 開課年級 大四、碩博士班
先修科目或先備能力:
Calculus and Linear Algebra
課程概述:
114年度課程將以「凸優化」為主體!

[本課程為EMI] 最佳化問題經常可見於工程應用,主要探討如何分配資源以獲取最大獲益或最小化風險與損失。本門課將教授幾類最佳化問題、問題轉換技巧以及解法,著重於理論起源而後應用。課程內容涵蓋最佳化基礎所需的數學證明技巧、多變數微積分(含泰勒展開、梯度、Hessian等)以及線性代數(含內積、範、線性轉換、特徵值與特徵向量、正交投影與二次式等)。最佳化問題類型可大致分作無限制式最佳化、線性規劃以及非線性限制式最佳化三類,我們將快速討論第一類型問題的解法並著重在後面兩類問題,尤其是非線性限制式問題中的凸優化與對偶問題。本課程評量包含作業(Bi-weekly, 小程式作業)、期中期末考以及應用上課所學的專題實作;進行方式以板書為主,並會要求同學閱讀課本對應章節、上傳筆記以確認學習狀態。

This graduate-level course provides an introduction to optimization theory and will be conducted in English. It covers classical topics, including first-order and second-order numerical methods for unconstrained optimization, linear programming, the Lagrangian multiplier method, the Karush-Kuhn-Tucker (KKT) conditions, and duality theorems. If time permits, the course will also introduce fundamental concepts in convex optimization. Instruction will primarily take place using chalkboard teaching, and students are required to submit their in-class notes weekly.
學習目標:
1. Mathematical Foundation
2. First-order Methods
3. Second-order Methods
4. Linear Programming
5. Lagrangian Multiplier Method
6. Karush-Kuhn-Tucker (KKT) Conditions
教科書:
An Introduction to Optimization with Applications to Machine Learning (5ed), E. K. P. Chong, W.-S. Lu, and S. H. Zak, https://www.engr.colostate.edu/~echong/book5/ ISBN : 978-1-119-87763-9

課程大綱 分配時數 核心能力 備註
單元主題 內容綱要 講授 示範 隨堂作業 其他
Mathematical Foundation
Review of Linear Algebra, Geometry, and Vector Calculus
9 1.11.21.32.12.23.13.24.14.24.34.4
First-order Methods
Fibonacci Method, Bisection Method, Newton's Method, Secant Method, Bracketing, Gradient Descent Algorithm, and the Steepest Descent Method
9 1.11.21.32.12.23.13.24.14.24.34.4
Second-order Methods
Newton Method, Conjugate Gradient Algorithm, and Quasi-Newton Method
6 1.11.21.32.12.23.13.24.14.24.34.4
Linear Programming
Matrix Form of Simplex Method, Two-Phase Simplex Method, and Duality for Linear Program
6 1.11.21.32.12.23.13.24.14.24.34.4
Lagrangian Multiplier Method and Karush-Kuhn-Tucker (KKT) Conditions
Problems with Equality and Inequality Constraints, First-order and Second-order Optimality Conditions
6 1.11.21.32.12.23.13.24.14.24.34.4
Duality Results
Lagrangian Duality, Primal-Dual Pair, General Duality Properties
6 1.11.21.32.12.23.13.24.14.24.34.4

教育目標
1.傳授學生通訊工程專業領域知識,並能進一步結合理論與實務進行研究。
2.訓練學生發掘與分析解決問題的能力。
3.訓練學生良好的溝通技巧,並培養團隊合作的能力。
4.培養學生瞭解國內外學術與產業之發展與需求,並理解工程倫理及社會責任。

核心能力
1.1.學習通訊工程相關領域之理論基礎。
1.2.瞭解通訊工程相關領域之實務技術。
1.3.訓練專業論文寫作與簡報的能力。
2.1.培養發掘與分析通訊工程特定領域專題研究之能力。
2.2.培養規劃與執行通訊工程特定領域專題研究之能力。
3.1.學習溝通與表達的能力。
3.2.運用個人專長,與團隊成員合作達成計畫目標。
4.1.瞭解國內外通訊工程特定領域產業現況。
4.2.理解工程倫理及社會責任。
4.3.培養良好的國際觀。
4.4.培養科技英文能力。

請尊重智慧財產權,不得非法影印教師指定之教科書籍

教學要點概述:
1. 教材編選(可複選):自編簡報(ppt)教科書作者提供
2. 教學方法(可複選):講述板書講述
3. 評量工具(可複選):上課點名 0%, 隨堂測驗0%, 隨堂作業40.00%, 程式實作0.00%, 實習報告0.00%,
                       專案報告0%, 期中考20.00%, 期末考20.00%, 期末報告0%, 其他10.00%,
4. 教學資源:課程網站 教材電子檔供下載 實習網站
5. 教學相關配合事項:

課程目標與教育核心能力相關性        
請勾選:1.11.21.32.12.23.13.24.14.24.34.4
1.1 學習通訊工程相關領域之理論基礎。()
為何有關:
最佳化理論與應用能提供通訊系統資源分配之方法與效能分析。
Optimization theory provides fundamental guidelines and performance analysis techniques for the design and optimization of communication systems, enabling efficient resource allocation, signal processing, and network operation.
達成指標:
熟悉如何利用最佳化理論工具描述通訊系統設計問題。
Be familiar with applying optimization theory tools to model and analyze communication system design problems.
評量工具(可複選):
作業與考試。Homework assignments and exams.
1.2 瞭解通訊工程相關領域之實務技術。()
為何有關:
最佳化方法的相關工具已被大量用於實務通訊系統設計。
Optimization methods have been widely utilized in practical communication system design.
達成指標:
熟悉如何利用最佳化演算法解決實際問題。
Be familiar with applying optimization algorithms to optimize communication systems.
評量工具(可複選):
作業與考試。Homework assignments and exams.
2.1 培養發掘與分析通訊工程特定領域專題研究之能力。()
為何有關:
最佳化問題處理問題的觀點可提供既有通訊系統設計新的思考方向。
The optimization-based approach to problem-solving offers new perspectives for improving existing communication system designs.
達成指標:
熟悉最佳化出發的解決問題觀點。
Be familiar with the optimization-based problem-solving approach.
評量工具(可複選):
作業與考試。Homework assignments and exams.
2.2 培養規劃與執行通訊工程特定領域專題研究之能力。()
為何有關:
最佳化相關概念可用於通訊系統設計。
Concepts from optimization can be applied to the analysis of communication systems.
達成指標:
能將自己的研究工作與最佳化連結。
Be able to formulate personal research problems as optimization programs.
評量工具(可複選):
口試。Oral Exam.
4.4 培養科技英文能力。()
為何有關:
使用科技英文授課。
This course is taught in English.
達成指標:
能有效的整理資訊並表達自己的觀點。
Be able to clearly and effectively articulate personal understanding of each topic.

評量工具(可複選):
檢查每週上課筆記。Review of weekly in-class notes.