11844

Методы безусловной оптимизации

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа: Методы безусловной оптимизации ЦЕЛЬ РАБОТЫ Цель лабораторной работы закрепление навыков исследования функций на выпуклость решение задач на нахождение безусловного экстремума выпуклой функции аналитически и численными методами...

Русский

2013-04-13

170 KB

28 чел.

Лабораторная работа:

«Методы безусловной оптимизации» 

  1.  ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель лабораторной работы - закрепление навыков исследования функций на выпуклость, решение задач на нахождение безусловного экстремума выпуклой функции аналитически и численными методами, изучение способов визуализации функций двух переменных в различных вычислительных пакетах.

  1.  Выполнение работы

Исследуемая функция:

График функции приведен на рисунке  1.

Рисунок 1. График исследуемой функции

Аналитический метод.

Находим первые производные:

Приравниваем производные нулю и решаем систему уравнений:

Находим вторые производные и составляем матрицу Гессе

Матрица Гессе положительно определена, следовательно в точке (1,1) глобальный минимум.

Метод Ньютона.

Этот метод реализован  средствами MATLAB текст программы приведен ниже

% Значения коэффициентов

g = 0.1; % дельта

% Начальная точка

x = [-0.1;1.5];

k = 1; % Счетчик шагов

kmax = 100; % Предельное число шагов,

% задается для предотвращения зацикливания

% Массивы для хранения промежуточных координат

x1trace = [x(1,1)];

x2trace = [x(2,1)];

i = 2;

while k < kmax;

% Вычисление коэффициента шага

%градиент

gr = [2*x(1,1) - 400*x(1,1)*(x(2,1)-x(1,1).^2)-2; 200*(x(2,1)- x(1,1).^2)];

%матрица Гессе

H=[1200*x(1,1).^2-400*x(2,1)+2,-400*x(1,1);-400*x(1,1),200];   

d = -inv(H)*gr; % шаг

x = x + d;   % модификация точки

% Сохранение координат

x1trace(i) = x(1,1);

 x2trace(i) = x(2,1);

i = i + 1;

% Проверка условия останова

if sqrt(gr(1,1)^2 + gr(2,1)^2) <= g;

break;

% Выход из цикла в случае выполнения условия

end

k = k + 1;

end

% Построение графика

X = -2:0.1:2;

Y = -2:0.1:2;

[X, Y] = meshgrid(X, Y);

Z = 100*(Y-X.^2).^2 + (1-X).^2; % функция 

[C, h] = contour(X, Y, Z);

clabel(C, h)

% Отображение меток на линиях уровня

hold on;

plot(x1trace, x2trace, '-+');

% Вывод начальной точки на график

text(x1trace(1) + 0.1, x2trace(1) + 0.1, 'M0');

%x1trace

%x2trace

% Вывод решения на график

text(-1.5, 1.5, char(['x1 = ' num2str(x(1,1))], ['x2 = ' num2str(x(2,1))], ['k = ' num2str(k)]));

Результат выполнения программы приведен на рисунке 2.

Рисунок 2. Результат выполнения прогаммы.

Выводы:  функция  была исследована на выпуклость. Была найдена точка глобального минимума (1,1)  аналитическим и численным методом Ньютона. Численный метод реализован средствами MATLAB.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1.  Методы оптимизации функций многих переменных. Лабораторный практикум. Екатеринбург 2007, 42 с.
  2.  Применение пакета “MATLAB” для решения нелинейных задач оптимизации градиентными методами. Методические указания для семинаров по дисциплине «Оптимизация и оптимальное управление технологическими процессами» Москва 2009, 32 с.
  3.  Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация: пер.с англ. – М.: Мир, 1985 – 509 с., ил.
  4.  Методы Оптимизации Систем Автоматизированного Проектирования. Метод Ньютона – электронный ресурс. http://optimizaciya-sapr.narod.ru/bez_mnogomer/nuton.html


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37844. Комп’ютерна електроніка та схемотехніка. Лабораторний практикум 1.78 MB
  Цель работы: Приобрести минимально необходимые навыки работы с пакетом EWD 4.0. Исследовать схемы пассивных RС – фильтров в частотной и временной области.
37845. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ 204 KB
  Определить основную погрешность комбинированного измерительного прибора тестера в следующих режимах работы: вольтметра постоянного тока вольтметра переменного тока миллиамперметра постоянного тока. Определить амплитудночастотную характеристику АЧХ вольтметра переменного тока. Построить график АЧХ определить рабочую полосу частот вольтметра. Для поверки вольтметра собрать поверочную схему рис.
37846. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ 595 KB
  Оценить погрешности измерений используя результаты исследования осциллографа и его метрологические характеристики указанные в описании. Объекты измерений задаются преподавателем. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПРЯМЫХ И КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ Цель работы ознакомление с методами обработки результатов прямых и косвенных измерений при однократных и многократных измерениях. 2 при наличии относительно больших случайных погрешностей число измерений и уровень случайных погрешностей задаются преподавателем.
37848. Розробка алгоритмів задач з використанням складних структур 163 KB
  Преподаватель Егорова Кривой рог 1997 Контрольні запитання: Яка структура має назву списки Яким чином у мові С описується список Що таке стек Що таке черга Чим відрізняється черга від стека та списку Теоретичні відомості: Покажчики. Кількість елементів у послідовності називається довжиною списку. При роботі з списками часто доводиться виконувати такі операції: знайти елемент із заданною властивістю; визначити iй елемент у лінійному списку; внести додатковий елемент до або після вказанного вузла; вилучити певний елемент зі...
37849. Знайомство з середовищем програмування DELPHI 411.5 KB
  Borlnd Delphi 7 Studio дозволяє створювати самі різні програми: від найпростіших одновіконних додатків до програм керування розподіленими базами. 5 яких можна побачити відсунувши убік вікно форми треба набирати текст програми. На початку роботи над новим проектом це вікно редактора коду містить сформований Delphi шаблон програми. Так на етапі розробки програми називають діалогові вікна.
37850. Створення форм 66.5 KB
  Помістити обєкт Lbel у вікно форми Form1. Вибрати в палітрі компонентів на сторінці стандартних компонентів компонентів Lbel. Обєкт буде доданий у форму і за замовчуванням одержить імя Lbel1. Перемістити обєкт Lbel1 на бажане місце у формі.
37851. СТВОРЕННЯ НАЙПРОСТІШОЇ ПРОГРАМИ ДЛЯ ЛІНІЙНОГО АЛГОРИТМУ 285.5 KB
  Звіт до лабораторної роботи повинен сладатися з коротких теоретичних відомостей відповідей до контрольних запитань та програми. Головне вікно завжди присутнє на екрані і призначено для керування процесом створення програми. Вікно форми являє собою проект Windowsвікна програми.
37852. Стандартні компоненти і оброблювачі подій. Створення програм для процесів, що розгалужуються 177.5 KB
  Створення форми Створіть форму таку ж як у другій лабораторній роботі скорегувавши текст написів і положення вікон TEdit. 1 unit unit1; interfce uses Windows Messges SysUtils Vrints Clsses Grphics Controls Forms Dilogs StdCtrls ExtCtrls; type TForm1 = clssTForm Edit1: TEdit; Edit2: TEdit; Edit3: TEdit; Lbel1: TLbel; Lbel2: TLbel; Lbel3: TLbel; Lbel4: TLbel; Memo1: TMemo; Button1: TButton; CheckBox1: TCheckBox; RdioGroup1: TRdioGroup; Lbel5: TLbel;...