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Schedule/Downloads (Fall 2021)

 orange-ball.gif The schedule is tentative and subject to change. (Last update: 08/08/24)

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Week  Ch.# of 4th Ed. Topic 21-2 20-1 17-2 17-1
 Videos Onenotes  HWs Handouts  Videos pdfs HWs
1 ¡¡ Syllabus, Introduction 01 9/7 T ¡¡ ¡¡ ¡¡ 00  01 01 (pdf) ¡¡
¡¡ Examples. 02 9/9 Th ¡¡ ¡¡ ¡¡ 00  02 02 (pdf) ¡¡
1, 2

Part I: Mathematical Review

Math preliminary: Notation, real vector spaces, linear independence, matrices. HW#1 (Due on Fri. 9/24) ¡¡ ¡¡ 2-5  03 03 (pdf) HW1 (pdf)
2 3, 4, 5 Math preliminary: Inner product, norm. Eigenvalues and eigenvectors, quadratic forms, calculus of several variables, chain rule, Taylor series, gradient, level sets, directional derivative. 03 9/14 T  04 04 (pdf) ¡¡
6 Definition of optimization problem and types of solutions. Quadratic problems. FONC. 04 9/16 Th HW#2 (Due 10/4) ¡¡ ¡¡ 6  05 05 (pdf)  
3 SONC and SOSC. Basic iterative algorithms: form, basic properties, line search. 05 9/23 Th  06 06 (pdf) HW2 (pdf)
4 06 9/28 T  07 07 (pdf)
7 One-dimensional search methods: Golden section search, Newton's method, secant method. 07 9/30 Th 7  08 08 (pdf) ¡¡
5 8  

Part II: Unconstrained Optimization

Multi-dimensional algorithms. Gradient methods: form, steepest descent, convergence. Chs. 1-7 Quiz #1 ¡¡ ¡¡ 8  09 09 (pdf) ¡¡
08 10/5 T HW#4 (due 10/11) ¡¡ ¡¡
¡¡ Gradient methods: convergence of fixed step size algorithm, steepest descent algorithm. Order of convergence. 09 10/7 Th ¡¡ ¡¡  10 10 (pdf) ¡¡
6 9 ¡¡ Newton's method: form, order of convergence. Properties of general algorithms. 10 10/12 T HW#5 (due 10/27) ¡¡ ¡¡ 9  11 11 (pdf) ¡¡
¡¡ ¡¡   ¡¡ ¡¡ 1st Midterm Exam 1st Midterm Exam ¡¡ Coverage: Chs. 1-9 1st Midterm Exam
10 ¡¡ Conjugate direction methods: form, properties, conjugate gradient formulas. 11 10/14 Th ¡¡ ¡¡ 10  12 12 (pdf)  
7 11 ¡¡ Quasi-Newton methods: form, properties, rank one formula. 12 10/19 T ¡¡ ¡¡ 11  13 13 (pdf) ¡¡
¡¡ Quasi-Newton methods: DFP and BFGS. 13 10/21 Th  14 14 (pdf) HW3 (pdf) + additional 4 proofs due on ¡¡
8 ¡¡ 14 10/26 T
¡¡ 15 10/28 Th Midterm Exam¡¡
9 12 ¡¡ Least squares problems: basic properties, grammian, examples.

RLS. Parameter identification.

16 11/2 T HW#6 (due 11/10) ¡¡ ¡¡ 12  15 15 (pdf) ¡¡
¡¡ 17 11/4 Th  16 16 (pdf) ¡¡
10

13

¡¡ Neural network, Backpropagation algorithm, 18 11/9 T HW#7 (due 11/25) ¡¡ ¡¡ 13  17 17 (pdf) ¡¡
¡¡ 19 11/11Th
¡¡ ¡¡ ¡¡ Randomized search. Simulated annealing.  not covered this semester ¡¡ ¡¡ 14
11 20

Part IV: Constrained Optimization

General equality constraints: basic form, example. Lagrange condition for scalar equality constraint. General multivariable Lagrange condition. Tangent and normal space. Minimizing quadratic subject to linear constraint (quadratic programming). Simple linear quadratic regulator problem. Second order conditions. 20 11/16 T ¡¡ ¡¡ ¡¡ 20  29 29 (pdf) HW7 (pdf) due on Final Exam day
21 11/18 Th ¡¡
21 General equality and inequality constraints: form, example. KKT condition with only inequality constraints. Examples. KKT condition for equality and inequality constraints. SONC. SOSC. 22 Chs. 11, 12, 13,  20 Quiz #2 ¡¡ ¡¡ 21  30 30 (pdf)  
11/23 T HW#8 (due 11/29)
23 11/25 Th
12 22 Convex optimization problems. 24 12/2 Th HW#9 (due 12/9) ¡¡ ¡¡ 22

bv4

 
25 12/7Ta

12/7Tb

13 CVX

Ch. 5

Largrangian and Duality

Lagrangian, Lagrangian dual function, Weak and strong duality, 26 12/9Th

12/9Thb

¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡

bv5

¡¡

 24 24 (pdf) ¡¡
Primal and dual problems, Slater's constraint qualification,  not covered this semester ¡¡ ¡¡  25 25 (pdf) ¡¡
Complementary slackness, KKT conditions, KKT conditions for cvx problem, ¡¡ ¡¡  26 26 (pdf) ¡¡
Perturbation and sensitivity analysis ¡¡ ¡¡  27 27 (pdf) HW6 (pdf) due on
 

14

¡¡

Part III: Linear Programming

Constrained optimization: basic form with equality and inequality constraints. Intro to linear programs, geometric view, standard form. linear programming: converting to standard form. 27 12/14 T15 ¡¡ ¡¡ ¡¡ 15  19 19 (pdf) ¡¡
¡¡ Linear equations, elementary row operations, basic solutions, basic feasible solutions. Fundamental theorem of LP. ¡¡  20 20 (pdf) ¡¡
¡¡ ¡¡ ¡¡ 2nd Midterm Exam 2nd Midterm Exam ¡¡ Coverage: Chs. 1-15, 23, Part of 16 2nd Midterm Exam
¡¡ Pivoting, changing bases and canonical augmented matrix. Moving from one BFS to an adjacent BFS. How to choose p? How to choose q? Unbounded feasible set 12/14 T16 ¡¡ ¡¡ ¡¡ 16  21 21 (pdf) ¡¡
¡¡ ¡¡  22 22 (pdf) ¡¡
¡¡ Reduced cost coefficients. Simplex algorithm. Matrix form of simplex. Artificial problem and feasibility. Two phase algorithm. ¡¡  23 23 (pdf) HW5 (pdf) due on
¡¡ Duality in LP: form, example.Weak duality lemma, duality theorem, duality and Simplex algorithm, complementary slackness. Equivalence of feasibility and LP problems. 28a

28b

12/16 Tha

12/16 Thb

¡¡ ¡¡ ¡¡

17

 28 28 (pdf) ¡¡
¡¡

Multi-Objective Optimization

Vector or Multi-objective optimization, Optimal and Pareto optimal points, Scalarization, Examples: capacity region, sum capacity, etc. ¡¡ ¡¡ ¡¡ 24

 31

31 (pdf) ¡¡

Miscellaneous

Discrete optimization: Integer LP

Variational problems: Brachistochrone, Calculus of variations, Optimal control

¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡

25

¡¡
¡¡ ¡¡ ¡¡ Covers CMs 1-31. Final Exam Final Exam Final Exam

¡¡

Covers CMs 1-31. Final Exam

¡¡

¡¡

¡¡

¡¡

¡¡

¡¡

Week  Ch.# of 4th Ed. Topic 21-2 20-1 17-2 17-1
 Videos Onenotes  HWs Handouts  Videos pdfs HWs
1 ¡¡ Syllabus, Introduction 01 9/7 T ¡¡ ¡¡ ¡¡ 00  01 01 (pdf) ¡¡
¡¡ Examples. 02 9/9 Th ¡¡ ¡¡ ¡¡ 00  02 02 (pdf) ¡¡
1, 2

Part I: Mathematical Review

Math preliminary: Notation, real vector spaces, linear independence, matrices. HW#1 (Due on Fri. 9/24) ¡¡ ¡¡ 2-5  03 03 (pdf) HW1 (pdf)
2 3, 4, 5 Math preliminary: Inner product, norm. Eigenvalues and eigenvectors, quadratic forms, calculus of several variables, chain rule, Taylor series, gradient, level sets, directional derivative. 03 9/14 T  04 04 (pdf) ¡¡
6 Definition of optimization problem and types of solutions. Quadratic problems. FONC. 04 9/16 Th HW#2 (Due 10/4) ¡¡ ¡¡ 6  05 05 (pdf)  
3 SONC and SOSC. Basic iterative algorithms: form, basic properties, line search. 05 9/23 Th  06 06 (pdf) HW2 (pdf)
4 06 9/28 T  07 07 (pdf)
7 One-dimensional search methods: Golden section search, Newton's method, secant method. 07 9/30 Th 7  08 08 (pdf) ¡¡
5 8  

Part II: Unconstrained Optimization

Multi-dimensional algorithms. Gradient methods: form, steepest descent, convergence. Chs. 1-7 Quiz #1 ¡¡ ¡¡ 8  09 09 (pdf) ¡¡
08 10/5 T HW#4 (due 10/11) ¡¡ ¡¡
Gradient methods: convergence of fixed step size algorithm, steepest descent algorithm. Order of convergence. 09 10/7 Th ¡¡ ¡¡  10 10 (pdf) ¡¡
6 9 Newton's method: form, order of convergence. Properties of general algorithms. 10 10/12 T HW#5 (due 10/27) ¡¡ ¡¡ 9  11 11 (pdf) ¡¡
¡¡   ¡¡ ¡¡ 1st Midterm Exam 1st Midterm Exam ¡¡ Coverage: Chs. 1-9 1st Midterm Exam
10 Conjugate direction methods: form, properties, conjugate gradient formulas. 11 10/14 Th ¡¡ ¡¡ 10  12 12 (pdf)  
7 11 Quasi-Newton methods: form, properties, rank one formula. 12 10/19 T ¡¡ ¡¡ 11  13 13 (pdf) ¡¡
Quasi-Newton methods: DFP and BFGS. 13 10/21 Th  14 14 (pdf) HW3 (pdf) + additional 4 proofs due on ¡¡
8 14 10/26 T
15 10/28 Th Midterm Exam¡¡
9 12 Least squares problems: basic properties, grammian, examples.

RLS. Parameter identification.

16 11/2 T HW#6 (due 11/10) ¡¡ ¡¡ 12  15 15 (pdf) ¡¡
17 11/4 Th  16 16 (pdf) ¡¡
10

13

Neural network, Backpropagation algorithm, 18 11/9 T ¡¡ ¡¡ ¡¡ 13  17 17 (pdf) ¡¡
19 11/11Th ¡¡
¡¡ ¡¡ Randomized search. Simulated annealing. ¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡ 14
¡¡ ¡¡ Genetic algorithm: Intro, representation schemes, selection. evolution (crossover & mutation). Algorithms for constrained problems: projection, penalty method.  not covered this time ¡¡ ¡¡ 14,23  18 18 (pdf) HW4 (pdf) due on
¡¡

Part III: Linear Programming

¡¡

Constrained optimization: basic form with equality and inequality constraints. Intro to linear programs, geometric view, standard form. linear programming: converting to standard form. ¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡ ¡¡ 15  19 19 (pdf) ¡¡
¡¡ ¡¡ Linear equations, elementary row operations, basic solutions, basic feasible solutions. Fundamental theorem of LP.  not covered this time  20 20 (pdf) ¡¡
¡¡ ¡¡ ¡¡ 2nd Midterm Exam 2nd Midterm Exam ¡¡ Coverage: Chs. 1-15, 23, Part of 16 2nd Midterm Exam
  ¡¡ Pivoting, changing bases and canonical augmented matrix. Moving from one BFS to an adjacent BFS. How to choose p? How to choose q? Unbounded feasible set ¡¡ ¡¡ 16  21 21 (pdf) ¡¡
¡¡ ¡¡  22 22 (pdf) ¡¡
¡¡ ¡¡ Reduced cost coefficients. Simplex algorithm. Matrix form of simplex. Artificial problem and feasibility. Two phase algorithm.  23 23 (pdf) HW5 (pdf) due on
¡¡ ¡¡

Largrangian and Duality

Lagrangian, Lagrangian dual function, Weak and strong duality, 25 12/2 Th ¡¡ ¡¡ ¡¡ 19  24 24 (pdf) ¡¡
¡¡ ¡¡ Primal and dual problems, Slater's constraint qualification, ¡¡ ¡¡ ¡¡  25 25 (pdf) ¡¡
13 ¡¡ Complementary slackness, KKT conditions, KKT conditions for cvx problem,      26 12/7T ¡¡ ¡¡ ¡¡  26 26 (pdf) ¡¡
¡¡ Perturbation and sensitivity analysis      27 12/9Th ¡¡ ¡¡ ¡¡  27 27 (pdf) HW6 (pdf) due on
14 ¡¡

Part III: Linear Programming

Duality in LP: form, example.Weak duality lemma, duality theorem, duality and Simplex algorithm, complementary slackness. Equivalence of feasibility and LP problems.      28 12/14 T ¡¡ ¡¡ ¡¡

17

 28 28 (pdf) ¡¡
11 20

Part IV: Constrained Optimization

General equality constraints: basic form, example. Lagrange condition for scalar equality constraint. General multivariable Lagrange condition. Tangent and normal space. Minimizing quadratic subject to linear constraint (quadratic programming). Simple linear quadratic regulator problem. Second order conditions.      20 11/16 T ¡¡ ¡¡ ¡¡ 20  29 29 (pdf) HW7 (pdf) due on Final Exam day
     21 11/18 Th ¡¡
21 General equality and inequality constraints: form, example. KKT condition with only inequality constraints. Examples. KKT condition for equality and inequality constraints. SONC. SOSC.      22 Chs. 11, 12, 13,  20 Quiz #2 ¡¡ ¡¡ 21  30 30 (pdf)  
11/23 T ¡¡
     23 11/25 Th ¡¡
12 22 Convex optimization problems.      24 11/30 T   ¡¡ ¡¡ 22  
¡¡ ¡¡

Multi-Objective Optimization

Vector or Multi-objective optimization, Optimal and Pareto optimal points, Scalarization, Examples: capacity region, sum capacity, etc. 29 12/16 Th ¡¡ ¡¡ ¡¡ 24

 31

31 (pdf) ¡¡
¡¡

Miscellaneous

Discrete optimization: Integer LP

Variational problems: Brachistochrone, Calculus of variations, Optimal control

¡¡ ¡¡ ¡¡

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¡¡ ¡¡ ¡¡ Covers CMs 1-31. Final Exam Final Exam Final Exam

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Covers CMs 1-31. Final Exam