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00. Optimization::

// PROBLEM_TO_ALGORITHM — 최적화 문제를 정의에서 알고리즘 선택까지 다시 읽을 수 있게 만든 지도

최적화는 “무엇을 바꿀 수 있고, 무엇을 좋다고 볼 것이며, 무엇을 지켜야 하는가”를 수식으로 고정한 뒤, 그 구조를 이용해 해를 찾아가는 과정입니다. 이 섹션은 문제 정식화부터 gradient descent, Newton, quasi-Newton, conjugate gradient, surrogate-based optimization까지 한 번에 이어지도록 구성했습니다.

처음 읽는다면 Background 6편으로 언어를 맞춘 뒤 Core 7편을 읽으세요. 이미 미분과 선형대수를 알고 있다면 문제 정식화부터 시작해도 됩니다.

Background (배경 6편)​

Core optimization (문제와 알고리즘 7편)​

Coverage checklist​

요청한 모든 항목은 아래 위치에 명시적으로 들어갑니다.

영역포함 항목위치
Problem formulationdecision variables, objective function, constraints, feasible region07
Mathematical foundationsgradient/Jacobian/Hessian, Taylor approximation, convexity, norm/inner product, orthogonality, matrix decomposition08
Optimality conditionsfirst-order, second-order, positive definiteness09
Optimization algorithmsgradient descent, line search, momentum, Nesterov, Newton, DFP, BFGS, coordinate descent, conjugate gradient, preconditioning10–12
Expensive optimizationDOE, LHS, surrogate modeling, surrogate-based optimization13
Backgroundnotation, calculus, linear algebra, numerical analysis, probability/statistics, engineering modeling01–06

읽는 관점​

  • 정식화가 절반 — 변수와 제약을 잘못 잡으면 좋은 알고리즘도 잘못된 문제를 빠르게 풀 뿐입니다.
  • 미분은 국소 정보 — gradient는 어느 방향으로 움직일지, Hessian은 곡률이 어떤지 알려줍니다.
  • 선형대수는 기하 — norm, inner product, orthogonality, eigenvalue는 알고리즘의 수렴을 설명하는 언어입니다.
  • 수치해석은 현실성 — floating-point, condition number, convergence를 모르면 종이에 맞는 방법이 코드에서 깨집니다.
  • expensive optimization은 예산 문제 — 목적함수 한 번 평가가 비싸면, 더 똑똑하게 샘플링하고 surrogate를 세워야 합니다.