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最佳化問題（英語：Optimization problem）在數學與電腦科學領域中，是從所有可行解（英语：feasible solution）中尋找最優良的解的問題。根據變數是連續的或離散的，最佳化問題可分為兩類：連續最佳化問題與組合優化。
相對於決策問題(Decision problem)、功能性問題(Function problem)，最佳化問題是：從問題的多個解中，求出最佳解。例子：背包問題
