20556

Градиентные методы. Свойства градиента

Доклад

Математика и математический анализ

При движении в направлении градиента мы приходим к максимуму функции при движении в обратном направлении антиградиента приходим к минимуму функции. Для поиска минимума целевой функции Rx задается начальная точка поиска x0 то есть 1 x0 задается значение переменных вектора х. 2 В начальной точке поиска x0 вычисляется градиент целевой функции его проекции то есть частные производные целевой функции по каждой переменной: 3 В направлении Антиградиента целевой функции производиться шаг и вычисляется значение переменной следующей точки...

Русский

2015-01-19

42 KB

4 чел.

 Градиентные методы

Эти методы построены на наличии свойства градиента функции показывать направление движения в сторону максимума или минимума. При движении в направлении градиента мы приходим к максимуму функции, при движении в обратном направлении антиградиента приходим к минимуму функции. Для поиска минимума целевой функции R(x) задается начальная точка поиска x0, то есть

1) x0 задается значение переменных вектора х. Рекомендации по выбору начальной точки поиска не существует. Они выбираются на основе интуиции и опыта инженера.

2) В начальной точке поиска- x0 вычисляется градиент целевой функции, его проекции, то есть частные производные целевой функции по каждой переменной:

3) В направлении Антиградиента целевой функции производиться шаг и вычисляется значение переменной следующей точки поиска.  где - величина рабочего шага.

В этой точке х1 вычисляется новое направление антиградиента функции, то есть вычисляется частные производные в этой точке и совершается следующий шаг в направлении антиградиента из точки х1  и т.д

Картинка

Движение в направлении антиградиента производиться до тех пор, пока частные производные не обратятся в ноль: это значит что в точке х* достигается экстремум функции скорость достижения в точке экстремума определяется величиной . При большом  сокращается объем вычислений связанный  с расчетом частных производных и сокращением количества направлений вектора антиградиента, но при большом  возможно «рыскание» вокруг точки оптимизации. При малом значении шага  этот недостаток исключается, но возрастает объем вычислений, связанный с расчетом частных производных. Обычно поступают так: задают начальное значение шага , с этим шагом переходят в следующую точку; вычисляют в ней вектор градиента и сравнивают это направление с направлением в предыдущей точке; если они существенно отличаются друг от друга, то шаг уменьшают. Рекомендуется определять величину шага  по отношению к К (по величине косинуса угла между векторами) в двух соседних точках:

В числителе- скалярное произведение градиентов в соседних точках. В знаменателе произведение их модулей.

Достоинства метода

Высокая скорость сходимости.

Недостатки:

1 Большой объем вычислений связанный с расчетом частных производных

2 При наличии у целевой функции нескольких точек экстремума, при поиске метод застревает в первой же точке экстремума.

3 Для выявления точки абсолютного глобального максимума или минимума нужно начинать движение из различных начальных точек.

В результате этого процесса выявляются все точки максимума или минимума и путем сравнения целевой функции в этих точках экстремума удается определить точку глобального оптимума. Для сокращения объема вычислений применяется метод наискорейшего спуска.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15260. Вычисление сближения меридианов 17.6 KB
  Лабораторная работа № 8 Вычисление сближения меридианов Сближение меридианов используется при переходе от азимута геодезической линии к дирекционному углу её изображения на плоскости по формуле: α=А
15261. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КООРДИНАТ ИЗ ОДНОЙ ЗОНЫ В ДРУГУЮ С УЧЕТОМ ПОПРАВКИ ПОВОРОТА ОСЕЙ 594.67 KB
  Лабораторная работа № 9 ПРЕОБРАЗОВАНИЕ КООРДИНАТ ИЗ ОДНОЙ ЗОНЫ В ДРУГУЮ С УЧЕТОМ ПОПРАВКИ ПОВОРОТА ОСЕЙ. Необходимость преобразования координат. Способы преобразования координат. На практике нередко возникает задача перевычисления преобразования координат из од
15262. Преобразование координат из одной зоны в другую через геодезические координаты 19.21 KB
  Лабораторная работа № 1011 Преобразование координат из одной зоны в другую через геодезические координаты. Если даны координаты x1 и y1 пункта в 1 зоне и требуется определить координаты этого пункта в зоне 2 то преобразование координат через геодезические координаты пр...
15263. Вычисление и вычерчивание элементов математической основы топографической карты 574.14 KB
  Расчетнографическая работа № 1. Вычисление и вычерчивание элементов математической основы топографической карты. Содержание работы: 1По заданной номенклатуре топографической карты вычислить геодезические координаты углов ее рамки. 2Рассчитать длины сторон р
15265. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ ОБЛАСТЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЛИНЕЙНОЙ СИСТЕМЫ НА ПЛОСКОСТИ ДВУХ ПАРАМЕТРОВ. МЕТОДИЧКА 84.95 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ ОБЛАСТЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЛИНЕЙНОЙ СИСТЕМЫ НА ПЛОСКОСТИ ДВУХ ПАРАМЕТРОВ Цель работы. Ознакомление с экспериментальными методами построения областей устойчивости линейных динамических систем и изучение влияния на...
15266. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ ОБЛАСТЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЛИНЕЙНОЙ СИСТЕМЫ НА ПЛОСКОСТИ ДВУХ ПАРАМЕТРОВ 69.47 KB
  Лабораторная работа №8 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ ОБЛАСТЕЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЛИНЕЙНОЙ СИСТЕМЫ НА ПЛОСКОСТИ ДВУХ ПАРАМЕТРОВ Вариант №1 1. Цель работы. Ознакомление с экспериментальными методами построения областей устойчивости линейных динамических систем и изуче...
15267. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТИПОВЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ЗВЕНЬЕВ 1.98 MB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОСТРОЕНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТИПОВЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ЗВЕНЬЕВ Цель работы. Изучение частотных характеристик типовых динамических звеньев и способов их построения. Методические рекомендации. До начала работы студенты д
15268. Экспериментальное построение частотных характеристик типовых динамических звеньев 160.34 KB
  Лабораторная работа №9 Экспериментальное построение частотных характеристик типовых динамических звеньев Вариант 1 Цель работы. Изучение частотных характеристик типовых динамических звеньев и способов их построения. Исследуемые звенья: 1. Апериодическ...