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

23 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

18212. Методи фізичного виховання 154.5 KB
  Змістовий модуль 1 Тема 4. Методи фізичного виховання. Вихідні поняття метод методичний прийом методика методичний підхід методичний напрямок. Методи навчання рухових дій. Методи вдосконалення та закріплення рухових дій. Методи вдоск...
18213. Основи методики фізкультурно-оздоровчих занять із школярами 158 KB
  Змістовий модуль 6 Тема 12. Основи методики фізкультурнооздоровчих занять із школярами. Здоровя та фактори що на нього впливають. 1.1. Визначення поняття здоровя. Здоровя в ієрархії потреб людини. 1.2. Здоровий спосіб життя та фактори що впливають на здор
18214. Організаційно-методичні особливості проведення уроку фізичної культури в школі 183.5 KB
  Змістовий модуль 5 Тема 11. Організаційнометодичні особливості проведення уроку фізичної культури в школі. План. Зміст навчальної дисципліни Фізична культура. 1.1. Аналіз шкільної базової програми Основи здоровя та фізична культура Київ 2001 року. ...
18215. Організація і методика фізичного виховання дітей та підлітків з ослабленим здоров’ям 87 KB
  Змістовий модуль 6 Тема 13. Організація і методика фізичного виховання дітей та підлітків з ослабленим здоровям. Особливості організації фізкультурнооздоровчих занять учнів підготовчої і спеціальної медичної груп. 1.1. Організація занять фізичними вправами ...
18216. Планування, контроль та облік навчальної діяльності учнів 141.5 KB
  Змістовий модуль 4 Тема 9. Планування контроль та облік навчальної діяльності учнів. Технологія планування та його функції. 1.1. Функції планування вимоги до планування перспективне поточне оперативне планування. 1.2. Технологія планування встановлення мет...
18217. Принципи побудови процесу фізичного виховання 84.5 KB
  Змістовий модуль 1 Тема 2. Принципи побудови процесу фізичного виховання. Усі явища та процеси у природі і житті підпорядковані певним закономірностям і розвиваються відповідно до них. Ці закономірності існують у природі незалежно від волі людини. П
18218. Загальні основи навчання рухових дій 126 KB
  Змістовий модуль 2 Тема 5. Загальні основи навчання рухових дій. Особливості навчання у фізичному вихованні. 1.1. Зміст спеціальних фізкультурноспортивних знань. 1.2. Класифікація рівнів засвоєння знань. Рухові уміння та навички. 2.1. Характеристика
18219. Загальна характеристика та основи методики розвитку рухових здібностей 262 KB
  Змістовий модуль 3 Тема 6. Загальна характеристика та основи методики розвитку рухових здібностей. Поняття про рухові здібності та основні форми їх прояву. 1.1. Визначення поняття рухові здібності потенціальні та актуальні рухові здібності конди
18220. Теорія і методика фізичного виховання, як наукова та навчальна дисципліна. Система фізичного виховання 122 KB
  Змістовий модуль 1 Тема 1. Теорія і методика фізичного виховання як наукова та навчальна дисципліна. Система фізичного виховання. Під терміном теорія в науці і зокрема в ТМФВ розуміють систему основних ідей форму наукового знання що дає цілісне уявлення про законо...