50622

Метод золотого сечения

Лабораторная работа

Математика и математический анализ

Золотым сечением отрезка называется деление отрезка на две неравные части так что отношение всего отрезка к длине большей части равно отношению длины большей части к длине меньшей части отрезка. Нетрудно проверить что золотое сечение отрезка производится двумя точками x1=3b 2=0.61803b расположенными симметрично относительно середины отрезка. Замечательно здесь то что точка x1 в свою очередь производит золотое сечение отрезка x2.

Русский

2014-01-27

122.5 KB

20 чел.

Лабораторная работа

№2

Тема

Метод золотого сечения

Ф.И.О.

Пастухова Светлана Владимировна

Группа

403

Вариант

15

, B=1, C=0.7, D=0.07

Рассмотрим метод минимизации унимодальной функции на отрезке столь же простой, как и дихотомия, но позволяющей решить задачу с требуемой точностью при меньшем количестве вычислений значений функций. Речь пойдет о методе золотого сечения. Золотым сечением отрезка называется деление отрезка на две неравные части так, что отношение всего отрезка к длине большей части равно отношению длины большей части к длине меньшей части отрезка. Нетрудно проверить, что золотое сечение отрезка производится двумя точками

x1=a+(3-)(b-a)/2=a+0.38196*(b-a) и

x2=a+(-1)(b-a)/2=a+1.61803*(b-a) ,

расположенными симметрично относительно середины отрезка.

При этом (b-a)/(b-x1 )=(b-x1)/(x-a)=(b-a)/(x2 -a)=(x2-a)/(b-x2 )=( +1)/2=1.618033....

Замечательно здесь то, что точка x1 в свою очередь производит золотое сечение отрезка [a,x2]. Аналогично точка x2 производит золотое сечение отрезка [x1 ,b]. Свойства золотого сечения обнаруживаются и находят применение в самых разнообразных областях человеческой деятельности, таких как техника, архитектура, музыка и в природе.

Опираясь на вышеуказанное свойство золотого сечения можно предложить следующий метод минимизации унимодальной функции f(x) на отрезке [a,b].

Положим a1=a, b1=b. На отрезке [a1 ,b1 ] возьмем точки x1,x2,производящие золотое сечение, и вычислим значения f(x1 ),f(x2 ). Если f(x1 ) ≤ f(x2 ), то примем a2=a1,b2=x2,x2*=x1; если же f(x1 ) > f(x2), то a2=x1,b2=b1,x1*=x2.

Так как функция унимодальна на [a,b], то отрезок [a2 ,b2 ] имеет хотя бы одну общую точку со множеством X* - точек минимума на [a,b]. Кроме того b2 -a2=( -1)(b-a)/2, и весьма важно то, что внутри [a2 ,b2 ] содержится точка x2* с вычисленным значением f(x2* )=min{ f(x1 ),f(x2) }, которая производит золотое сечение отрезка [a2 ,b2 ].

Пусть уже определены точки x1,x2,...,x n-1,вычислены значения f(x1 ), f(x2 ),..., f(x n-1). Найдем отрезок [a n-1 ,b n-1 ] такой, что [a n-1 ,b n-1 ]=X* и b n-1 -a n-1=((-2 )/2)n-2 (b-a).При этом известна точка x*,производящая золотое сечение отрезка [a n-1 ,b n-1 ] такая, что f(x n-1* )=min{f(x i ), 1 ≤ i ≤n-1 }. Тогда в качестве следующей точки возьмем xn=a n-1 +b n-1 - x n-1* также производящую золотое сечение отрезка [a n-1 ,b n-1 ] и вычислим значение f(x n ).

Пусть для определенности a n-1< x n < x* n-1 < b n-1 (случай x* n-1 < x n рассматривается аналогично).

Если f(x n ) ≤ f(x* n),то a n=a n-1,b n=x* n-1,x n*=x n-1,если же f(x n ) > f(x* n ),то a n=x n,b n=b n-1,x* n=x* n-1.Новый отрезок [a n,b n ] таков, что [a n ,b n ]=X*, b n -a n=(( -1)/2)n-1 (b-a), точка xn 0производит золотое сечение [an ,bn ] и f(x*n )=min{ f(xn), f(x* n-1) }=min{ f(xi ), i ≤ n }.

Если число вычислений значений f(x) заранее не ограничено, то описанный процесс можно продолжать, например, до выполнения условия bn-an < ε, где ε - заранее заданная точность.

Если же число вычислений значений функций f(x) заранее жестко

задано и равно n, то процесс на этом заканчивается. В качестве решения задачи можно принять пару x*n,f(x*n), при этом (x*n,xn)  max{bn-x*n ,x*n-an}=(-1)(b n -a n)/2=( (-1)/2)n(b-a )=A n.

С помощью дихотомии за n=2k вычислений значений функций мы получили точку x*n с погрешностью

(x* n ,X* ) ≤ 2–n/2(b-a- ) < 2-n/2 (b-a)=B n.

Отсюда имеем A n /B n=2 ( +1))n=(0.87) n.

Очевидно, что уже при небольших n (числе итераций) преимущество золотого сечения перед дихотомией становится ощутимым.

Порядок выполнения лабораторной работы и варианты задания такие же, как в методе дихотомии.

График:

   

Получим минимум:

 -0.2889

Количество итераций:

13

   

   

   


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35743. Мой друг. Творческая работа 27 KB
  Хорошо когда рядом есть верный друг с ним можно посоветоваться доверить тайну. Настоящий друг никогда не придаст всегда придёт на помощь. Мы дружим друг с другом с раннего детства.
35744. Правильный выбор профессии 147 KB
  Правильный выбор профессии позволит мне так построить свою будущую карьеру чтобы достичь выдающихся успехов в ней. Осознание проблемной области Из данной проблемной области можно выделить следующие подпроблемы : Определение потребности и ее формулировка Моей потребностью в данный жизненный период является выбор профессии в соответствии со своими интересами и возможностями и профессиональное самоопределение. Для этого мне нужно: изучить свои интересы и склонности; выявить уровень знаний способности здоровье и соотнести их с...
35745. Конструювання косметички. Творчий проект 1.58 MB
  Історія косметички. Вимоги до косметички. Технологічна послідовність виготовлення косметички. Косметички як правило більші за портмоне гаманець але меньші за сумку.
35746. Научный подвиг. Дмитрия Ивановича Менделеева 31 KB
  Менделеевым 17 февраля 1869 года в результате многолетней работы по отысканию принципов систематизации элементов и изучения самых различных их свойств. Менделеевым таблица Периодической системы химических элементов имела четкую структуру в виде групп и периодов с рядами в которой нашлось место не только для всех известных в то время элементов но были оставлены пустые места для еще не открытых. Менделеева позволила не только предсказать существование неизвестных элементов но и предугадать их свойства исправить неверно определенные атомные...
35749. ИЗОНИТЬ. Творческая работа 1.74 MB
  Среди большого многообразия меня привлекли работы в технике изонить оригинальные красивые эффектные. ИЗОНИТЬ история и современность Нитяная графика как вид декоративноприкладного искусства впервые появилась в Англии в XVII веке. Термин ниточный дизайн нитяная графика изографика изонить хордовая вышивка используется в России. Создание панно в технике изонить становится в последние годы все более популярным занятием для детей и взрослых.