50625

Метод градиентного спуска

Лабораторная работа

Математика и математический анализ

Минимизировать функцию fxy=x by expcx2 dy2 методом градиентного спуска. Методы построения таких последовательностей называются методами спуска. В этих методах элементы последовательности Xk вычисляются по формуле Xk1=Xkk Pk k=012 где Pk направление спуска; длина шага в этом направлении.

Русский

2014-01-27

54.5 KB

35 чел.

Лабораторная работа

5

Тема

Метод градиентного спуска

Ф.И.О.

Пастухова Светлана Владимировна

Группа

403

Вариант

15

Минимизировать функцию f(x,y)=ax + by + exp(cx2 + dy2 ) методом градиентного спуска.

 N

a

b

c

d

15

15

-0.0

1.96

0.25

Рассмотрим задачу минимизации функции f(x)=f(x1 ,x2 ,..,xn ), заданной во всем n-мерном евклидовом пространстве E n.

Как правило, численные методы отыскания экстремума состоят в построении последовательности векторов { Xk }, удовлетворяющих условию: f( X1) > f(X2 ) >... > f(Xn ). Методы построения таких последовательностей называются методами спуска. В этих методах элементы последовательности { Xk} вычисляются по формуле

Xk+1=Xk-k Pk, k=0,1,2,…,

где Pk направление спуска; k - длина шага в этом направлении.

Как известно, градиент функции в некоторой точке Xk направлен в сторону наискорейшего локального возрастания функции. Следовательно, при поиске минимума спускаться нужно по антиградиенту. Выбирая вектор антиградиента в качестве направления спуска,приходим к итерационному процессу вида

Xk+1=Xk-k gradf(Xk)Pk.

В методе наискорейшего спуска величина k определяется из условия f( Xk - k gradf( Xk)=min f(Xk - α gradf(Xk)), 0, то есть на каждом шаге решается одномерная задача минимизации. Геометрическая интерпретация этого метода достаточно просто.Заметим, что на двух последовательных шагах направления спуска ортогональны.

Рассмотрим метод градиентного спуска с дроблением шага. Выбираем некоторое начальное значение X0. Затем выбираем некоторое k==const и на каждом шаге процесса (2) проверяем условие монотонности f(Xk+1 ) f(Xk ). Если это условие нарушается, то дробим до тех пор пока монотонность не восстановится. Время от времени полезно пробовать увеличить  с сохранением условия монотонности.

Для окончания счета можно использовать различные критерии. В данной работе итерации прекращаем, если ║grad f(X k+1)║ < ε. В этом случае полагаем X min=Xk+1. Здесь ║gradf║=

Порядок выполнения работы:

  1.  Построим график заданной функции:

ezsurf('15*x+(-0.0)*y+exp(1.96*x^2+0.25*y^2)')

  1.  Напишем программу минимизации данной функции методом градиентного спуска:

Получим:

min =[ -0.8695         0]

f(xmin)=  -7.6317

Заданная точность eps=0.001 достигнута за n=237 шагов.

  1.  При минимизации функции стандартными средствами MatLab

x = [0,-6];

min = fminsearch(@my_fun,x)

где x=[0,-6] – начальное приближение, а @my_fun:

function f = my_fun(x)

f =22*x(1)+0.6*x(2)+exp(5.02*x(1)^2+0.32*x(2)^2); 

Получим:

min =[-1.0167, 0.0974]

f(xmin)=  -8.7965


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31300. Системи числення, кодування інформації 287.5 KB
  Можна вигадати незлічену кількість способів запису числа цифровими знаками але практично застосована система числення повинна давати змогу: зображувати будьяке число в розглядуваному діапазоні величин; одержувати єдине зображення кожної величини; просто виконувати операції з числами. Розрізняють позиційні і непозиційні системи числення. Непозиційною системою числення називають спосіб зображення чисел коли значення цифри не залежить від її позиції в числі наприклад римський запис числа.
31301. Методичні вказівки щодо виконання контрольних робіт з дисципліни “Теорія автоматичного керування” 4.7 MB
  Диференціальні рівняння і передавальні функції елементів САК 5 Задача 2. Часові та частотні характеристики динамічних ланок САК 6 Задача 3 Дослідження стійкості лінійних САК 10 Задача 4 Синтез коректувальних пристроїв за логарифмічними частотними характеристиками 14 Додаток. Метою її вивчення є освоєння принципів побудови різних типів систем автоматичного керування САК; вивчення властивостей і особливостей лінійних нелінійних і дискретних САК; вивчення методів аналізу стійкості та якості...
31302. Методичні вказівки щодо виконання курсової роботи з дисципліни “Теорія автоматичного управління” 2.74 MB
  Методичні вказівки щодо виконання курсової роботи з дисципліни “Теорія автоматичного управління” для студентів денної та заочної форм навчання зі спеціальностей: 7.092203 - "Електромеханічні системи автоматизації та електропривод”, 7.092204 - “Електромеханічне обладнання енергоємних виробництв”
31303. ТЕОРІЯ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ 1.61 MB
  Лабораторні роботи проводяться на ПЕОМ у компютерному класі кафедри. Знаходячись у класі, кожен студент зобовязаний дотримувати правил техніки безпеки, які викладені в спеціальній Інструкції з техніки безпеки в компютерному класі, і правил пожежної безпеки, що також викладені в спеціальній інструкції.
31304. Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з курсу Теорія автоматичного керування 1.49 MB
  Лінійні системи автоматичного керування (САК) описують лінійними диференціальними рівняннями. У цих рівняннях змінні та їх похідні зустрічаються лише у першому ступені й відсутні взаємні добутки змінних та їх добутки з похідними.
31305. Методичні вказівки до виконання контольних і розрахункових завданнь з курсу “Теорія електропривода” 725.5 KB
  Сумісна робота двигуна і робочої машини. Вираз характеристик двигуна у відносних одиницях. Гальмівні режими роботи двигуна: а з віддачею енергії в мережу рекуперативне гальмування; б режим противмикання; в режим електродинамічного гальмування. Механічні характеристики і регулювання швидкості двигуна при шунтуванні якоря.
31306. ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДА 397.5 KB
  Незважаючи на різноманітність систем електропривода в завданні на проект а також у методичних вказівках здійснюється загальний підхід до розв’язання задач вибору потужності двигуна дослідження статичних і неусталених режимів. Розрахувати відсутні параметри тахограми орієнтовно визначити потужність двигуна вибрати за каталогом двигун і редуктор. Виконати уточнений розрахунок потужності електродвигуна використовуючи формули приведення моментів і мас що обертаються. Розрахувати й побудувати статичні характеристики двигуна в розімкненій і...
31307. Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з навчальної дисципліни «Теорiя електропривода» (частина I) 2.27 MB
  Гальмівний режим Залежно від того як використовується перетворена електрична енергія існує декілька гальмівних режимів: режим рекуперативного гальмування або генераторний режим із віддачею енергії у мережу; при цьому активна механічна потужність із вала двигуна перетворюється в електричну і за відрахуванням втрат віддається в мережу тобто. Перехід із рушійного режиму в режим рекуперативного гальмування здійснюється при кутовій швидкості двигуна вище кутової швидкості ідеального холостого ходу; режим противмикання; при цьому двигун...
31308. «ТЕОРIЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДA» (ЧАСТИНА IІ) 4.07 MB
  1 На відміну від каскаду сталої потужності додаткова ЕРС вводиться в ротор АД від машини постійного струму механічно не зв’язаної з валом робочого двигуна рис. Очевидно що і потужність приводного двигуна ПД МПС повинна бути в цьому випадку однаковою з потужністю АД. машини постійного струму і випрямленої напруги ротора асинхронного двигуна. ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2 ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГУНА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ В СИСТЕМІ КВ – Д МЕТА РОБОТИ Одержати експериментально швидкісні і за допомогою розрахунку –...