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

43434. Исследование методов сортировки расстановкой и с поиском минимума 338.5 KB
  Принцип сортировки заключается в том, что алгоритм основывается на сравнении и смене мест для пары соседних элементов и продолжении этого процесса до тех пор, пока не будут упорядочены все элементы. То есть повторяются проходы по массиву и каждый раз наименьший элемент оставшейся последовательности сдвигается к левому краю массива.
43436. Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз неблагоприятных процессов при водопонижении 251.5 KB
  Результаты химического анализа грунтовых вод. Химический состав подземных вод и оценка агрессивности воды по отношению к бетону. Гидрогеологические расчёты притоков воды при водопонижении.
43437. Побудова товарної політики підприємства на прикладі ЗАТ «Житомирські ласощі» 140 KB
  Загальна характеристика підприємства. Технікоекономічний аналіз діяльності підприємства. Список використаних джерел Актуальність даної теми визначається тим що в умовах ринкової економіки цілеспрямоване формування перспективної товарної політики підприємства є одним із засобів підвищення конкурентоспроможності підприємства.
43438. Анализ организации налогового учета на предприятии ООО «ВИПИНЕТ» 449.5 KB
  Бухгалтерский и налоговый учёт в ООО «ВИПИНЕТ» осуществляется бухгалтерией, возглавляемой главным бухгалтером. Главный бухгалтер обеспечивает контроль и отражение на счетах всех хозяйственных операций, предоставление оперативной и результативной информации в установленные сроки. Представлена Схема распределения должностных обязанностей бухгалтерской службы
43439. Теоретические основы разработки религиозных туров 180 KB
  Посещение святых мест издавна представляло собой одну из наиболее важных традиций народа. В годы советской власти путешествие к святым местам стало скорее носить познавательный, а не сакральный смысл. Множество культовых сооружений было перепрофилировано под музеи, концертные залы и т.п., и следовательно они стали выступать не как объекты поклонения (отправления культа), а как объекты туризма.