非擴張半群， 變分不等式和均衡問題的混合迭代算法

文 萌，胡長松

(湖北師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院，湖北 黃石 435002)

0 前言

除非特別聲明， 在本文中我們都假設(shè)H是實Hilbert空間， 內(nèi)積和范數(shù)分別由‖·‖和 <.，.>

給出， 并且C是H上的非空閉凸子集. 設(shè){xn}是H中的任意一個序列， 則xn→x和xn?x分別表示{xn}強收斂和弱收斂.

映射T:C→C稱為是非擴張的， 若

‖Tx-Ty‖≤‖x-y‖，?x，y∈C

(1)

含參量序列Γ:={T(t):0≤t<∞} 稱為C到C上的一個(連續(xù))Lipschitzian半群，若它滿足下面的條件:

1)T(0)x=x， ?x∈C;

2)T(s+t) =T(s)T(t) ， ?s，t≥0;

3) 對每一個t> 0， 存在一個有界可測函數(shù)Lt:(0，∞)→[0，∞) 使得

‖T(t)x-T(t)y‖≤Lt‖x-y‖，x，y∈C;

4) 對每一個x∈C， 映射T(·)x:[0，∞)→C是連續(xù)的.

令A(yù):C→H是一個非線性算子.則A稱為

1) 單調(diào)的， 若

≥0，?x，y∈H;

2)α-強單調(diào)的， 如果存在一個常量α>0使得

≥α‖x-y‖2，?x，y∈H;

3)α-逆強單調(diào)的， 如果存在一個常量α>0使得

≥α‖Ax-Ay‖2，?x，y∈H;

4) k-Lipschitz連續(xù)的， 如果存在一個常量k> 0使得

‖Ax-Ay‖≤k‖x-y‖，?x，y∈H.

給出φ:C→H是一個非線性算子， 則變分不等式問題(簡記為VIP)是尋找x∈C使得

<φx，y-x≥0，?y∈C

(2)

VIP(2)的解定義為VI(C，φ). 眾所周知， 如果φ是C上的一個強單調(diào)并且Lipschitz 連續(xù)的算子， 則VIP(2)有唯一的解.

混合均衡問題(簡記為 MEP)是求x∈C使得下面的不等式成立:

(3)

(4)

受到 Kazmi K R和Rizvi S H[1]， Kumam P和Wattanawitoon K[2]的啟發(fā). 本文是在實Hilbert空間中， 用混合迭代算法逼近含參量非擴張半群解集， 變分不等式解集， 混合平衡問題解集的公共解， 并且通過這種方法得到了一個強收斂定理. 本文推廣和改進了 Kazmi K R和Rizvi S H[1]， Kumam P和Wattanawitoon K[2]的相應(yīng)結(jié)論以及許多前人的相應(yīng)結(jié)論.

1 預(yù)備知識

眾所周知， 在實的Hilbert空間H中有

‖x-y‖2=‖x‖2-‖y‖2-2

(5)

和

‖λx+(1-λ)y‖2=λ‖x‖2+(1-λ)‖y‖2-λ(1-λ)‖x-y‖2

(6)

?x，y∈H和λ∈[0，1] .

令C是H上的非空閉凸子集. 對每一個x∈H， 在C中存在唯一的最近點，記為PCx， 并且使得

‖x-PCx‖≤‖x-y‖ ?y∈C

(7)

P稱為H到C上的度量映射. 眾所周知，PC是H到C上的一個非擴張映射，并且滿足

≥‖PCx-PCy‖2

(8)

?x，y∈H. 此外，PCx還具有下面的一些性質(zhì):PCx∈C和

≤0

(9)

‖x-y‖2≥‖x-PCx‖2+‖y-PCx‖

(10)

任意的?x∈H，y∈C.顯而易見，我們有

u∈VI(C，φ)?u=PC(u-λφu)，?λ>0

在本文中我們主要用到下面的一些引理.

引理1 (Shimizu和Takahashi[3]). 設(shè)D是實Hilbert空間H的一個非空有界閉凸子集， 并且令 S={T(u):0≤u<∞} 是D上的一個非空擴張半群， 則對任意的h≥0，

令r> 0并且x∈H. 則存在z∈C使得

則下面的結(jié)論成立:

1)Tr是單值的;

2)Tr是穩(wěn)定非擴張型映射， 即對任意的x，y∈H，

‖Tr(x)-Tr(y)‖2≤

引理4[6]令{an} 是一個非負實序列且滿足

an+1≤(1-δn)an+bn+σn，n∈

2 主要結(jié)果

(11)

定義的序列， 這里{rn}?(0，2θ)，λn?(0，2α) ， 并且{αn}，{βn}，{δn}，{εn} 是(0， 1)中的序列. 假設(shè)下面的條件成立:

則{xn} 強收斂于z， 這里z:=PΩ(γφ+(I-μF))z.

證 不失一般性， 由條件i)和ii)對每一個n∈， 我們可以假設(shè)由引理5我們有

‖((1-βn)I-αnμF)x-((1-βn)I-αnμF)y‖=

(1-βn-αnτ)‖x-y‖

(12)

第一步. 證明{xn} ，{yn} ，{zn} 和{un} 都是有界的.對任意的x，y∈C:

‖x-y‖2-λn(2α-λn)‖AX-Ay‖2≤‖x-y‖2

因此，I-λnA是非擴張的.

由引理3有un=Trn(xn-rnφxn) . 令x*∈Ω， 則

‖un-x*‖2=‖Trn(xn-rnφxn)-Trn(x*-rnφx*)‖2≤

‖(xn-rnφxn)-(x*-rnφx*)‖2=

‖(xn-x*)-rn(φxn-φx*)‖2≤

‖xn-x*‖2-rn(2θ-rn)‖φxn-φx*‖2≤

‖xn-x*‖2

(13)

因為映射A:C→H是α-逆強單調(diào)的， 所以我們有

‖zn-x*‖2=‖PC(un-λnAun)-PC(x*-λnAx*)‖2≤

‖(un-λnAun)-(x*-λnAx*)‖2≤

‖un-x*‖2-λn(2α-λn)‖Aun-Ax*‖2≤

‖un-x*‖2≤‖xn-x*‖2

(14)

此外， 我們還有

‖yn-x*‖=‖δnγφ(zn)+εnzn+((1-εn)I-δnμF)zn-x*‖≤

(1-δn)(τ-γ))‖xn-x*‖+δn‖γφ(x*)-μFx*‖

(15)

由(11)， 我們得到

‖xn+1-x*‖≤αn(‖γφ(xn)-γφ(x*)‖+‖γφ(x*)-μFx*‖)+

βn‖xn-x*‖+(1-βn-αnτ)‖yn-x*‖≤

[1-(αn+(1-βn-αnτ)δn)(τ-γ)]‖xn-x*‖+

(αn+(1-βn-αnτ)δn)‖γφ(x*)-μFx*‖≤

(16)

由歸納法得到

由(15)， 我們有

由文獻[8]中定理1的證明， 我們可以知道

(17)

此外，我們觀察到

(18)

由映射 (I-λnA) 的非擴張性， 我們有

‖zn-zn-1‖≤‖un-un-1‖+|λn-λn-1|‖Aun-1‖

(19)

另外我們還有

‖yn-yn-1‖≤|δn-δn-1|(‖γφ(zn)‖+‖μFzn-1‖)+|εn-εn-1|(‖zn‖+‖zn-1‖)+

(1-δn(τ-γ))‖zn-zn-1‖+(εn-1-εn)‖zn-zn-1‖

(20)

(21)

由文獻[1]中定理1的證明， 我們知道

(22)

這里M1=sup{‖un-xn‖:n∈} .

把(19)， (20)和(22)代入(21)， 可以得到

‖wn-wn-1‖≤|δn-δn-1|(‖γφ(zn)‖+‖μFzn-1‖)+

(23)

由(11)， 我們知道xn+1=αnγφ(xn)+βnxn+((1-βn)I-αnμF)wn于是

‖xn+1-xn‖≤αnγ‖xn-xn-1‖+|αn-αn-1|(‖γφ(xn-1)‖+

‖μFwn‖)+|βn-βn-1|(‖xn-1‖+‖wn-1‖)+

βn‖xn-xn-1‖+(1-βn-αnτ)‖wn-wn-1‖

(24)

把(23)代入(24)， 可以得到

|δn-δn-1|+|εn-εn-1|+|rn-rn-1|+|rn-rn-1|+

(25)

(26)

‖xn+1-x*‖2≤βn‖xn-x*‖2+(1-βn)‖yn-x*‖2+2αn‖γφ(xn)-μFwn‖‖xn+1-x*‖

(27)

另外我們知道

‖yn-x*‖2≤‖zn-x*‖2+2δn‖γφ(zn)-μFzn‖‖yn-x*‖

(28)

把(28)代入(27)得到

‖xn+1-x*‖2≤βn‖xn-x*‖2+(1-βn)‖zn-x*‖2+2(αn+δn)M2

(29)

把(13)代入(29)得到

‖xn+1-x*‖2≤‖xn-x*‖2-(1-βn)rn(2θ-rn)‖φxn-φx*‖2+2(αn+δn)M2

于是

(1-βn)rn(2θ-rn)‖φxn-φx*‖2≤

‖xn-xn+1‖(‖xn-x*‖+‖xn+1-x*‖+2(αn+δn)M2

根據(jù)條件i)， ii)， iii)和(26)知

(30)

此外， 把(14)代入(29)可以得到

‖xn+1-x*‖2≤‖xn-x*‖2-(1-βn)λn(2α-λn)‖Aun-Ax*‖2+2(αn+δn)M2

于是

(1-βn)λn(2α-λn)‖Aun-Ax*‖2≤

‖xn-xn+1‖(‖xn-x*‖+‖xn+1-x*‖)+2(αn+δn)M2

由條件i)， ii)， iii)和(26)知

(31)

類似于文獻[9]中(b)的證明，由(5) 和(8)， 我們還可以得到

于是

‖zn-x*‖2≤‖xn-x*‖2-‖un-zn‖2+2λn‖un-zn‖‖Aun-Ax*‖

(32)

把(32)代入(29)， 我們有

‖xn+1-x*‖2≤‖xn-x*‖2-(1-βn)‖un-zn‖2+

2λn‖un-zn‖‖Aun-Ax*‖+2(αn+δn)M2

于是

(1-βn)‖un-zn‖2≤‖xn-xn+1‖(‖xn-x*‖+‖xn+1-x*‖)+

2λn‖un-zn‖‖Aun-Ax*‖+2(αn+δn)M2

由條件i)， ii)， iii) ，(26)和(31)可以得到

(33)

同理由引理3知

于是

‖xn-x*‖2-‖un-xn‖2+2rn‖un-xn‖‖φxn-φx*‖2

(34)

把(34)代入(29)有

‖xn+1-x*‖2≤‖xn-x*‖2-(1-βn)‖un-xn‖2+

2rn‖xn-un‖‖φxn-φx*‖+2(αn+δn)M2

于是

(1-βn)‖un-xn‖2≤‖xn-xn+1‖(‖xn-x*‖+‖xn+1-x*‖)+

2rn‖xn-un‖‖φxn-φx*‖+2(αn+δn)M2

(35)

由于yn=δnγφ(zn)+εnzn+((1-εn)I-δnμF)zn， 所以

‖yn-zn‖=‖δnγφ(zn)+εnzn+((1-εn)I-δnμF)zn-zn‖=δn‖γφ(zn)-μFzn‖→0

(36)

此外， 由(33)， (35)和(36)， 我們知道對每一個h∈[0，∞)

‖T(h)yn-T(h)xn‖≤‖yn-xn‖≤‖yn-zn‖+‖zn-un‖+‖un-xn‖→0

(37)

故， 由(18)和(37)可以得到

‖T(h)yn-xn‖≤‖T(h)yn-T(h)xn‖+‖T(h)xn-xn‖→0

因此， 對每一個h∈[0，∞) 有

‖T(h)yn-yn‖≤‖T(h)yn-xn‖+‖xn-yn‖→0

(38)

觀察到PΩ(γφ+(I-μF)) 是一個壓縮映射. 事實上， 對任意的x，y∈H， 由引理5有

‖PΩ(γφ+(I-μF))x-PΩ(γφ+(I-μF))y‖≤

‖γφ(x)-γφ(y)‖+‖(I-μF)x-(I-μF)y‖≤

γ‖x-y‖+(1-τ)‖x-y‖=(1-(τ-γ))‖x-y‖

由壓縮映射原則我們可以知道PΩ(γφ+(I-μF))z有唯一的不動點， 記作z∈H. 即為z=PΩ(γφ+(I-μF))z. 為了證明我們的結(jié)論， 取 {yn} 的子列{ynj} 使得

(39)

a) 首先， 證明ω∈VI(C，A) . 類似于文獻[9]中定理11的證明， 我們可以證得ω∈VI(C，A)

第五步 證明xn→z. 事實上， 由(11)和(18)知

‖xn+1-z‖2=<((1-βn)I-αnμF)wn-((1-βn)I-αnμF)z，xn+1-z>+

βn<(xn-z)，xn+1-z>+αn<(γφ(xn)-μFz)，xn+1-z>≤

(1-αn(τ-γ))‖xn-z‖‖xn+1-z‖+δn‖γφ(z)-μFz‖‖xn+1-z‖+

αn<(γφ(xn)-μFz)，xn+1-z>≤

δn‖γφ(z)-μFz‖‖xn+1-z‖+αn<(γφ(xn)-μFz)，xn+1-z>

于是

‖xn+1-z‖2≤(1-αn(τ-γ))‖xn-z‖2+

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