
- •Оптимизация сапр Лекция №1 Постановка задачи оптимизации
- •Лекция №2
- •III. экстремума.
- •Лекция №3
- •Условие экстремума и количественные оценки
- •Обусловленность экстремума
- •Лекция №4
- •Условие существования экстремума гладкой функции многих переменных (условная оптимизация с ограничениями типа равенств)
- •Метод замены переменных
- •Метод множителей Лагранжа
- •Аналитический метод
- •Лекция №5
- •Интерпретация множителей Лагранжа
- •Методы Фибоначчи и золотого сечения Общая часть
- •Лекция №8
- •Метод Фибоначчи
- •Метод Золотого Сечения
Метод замены переменных
Из системы уравнений необходимо определить:
Пример:
Характеристики метода:
Для использования этого метода нужна аналитическая зависимость от х услов. функции и огранич. (скорее всего будет алгоритм. зав.)
если будет такое ограничение, то нельзя разделить на зависимые и независимые переменные.
Даже если можно разделить на зависимые и независимые переменные, то нужна квалификация для решения системы.
Вывод: для практики такой подход не применим, а только для решения учебных задач.
Метод множителей Лагранжа
Позволяет:
Сформулировать необходимые условия экстремума целевой функции при ограничениях типа равенств.
Свести задачу услов. оптим. к задаче безуслов. оптимизации.
Ф-я
Лагранжа зависит от
переменных.
Пусть
при некотором
найдено значение целевой ф-ии для
такое, что ф-я Лагранжа принимаетmin
значение.
=0
Если
т.
обл. огранич., видим, что min
ф-ии Лагранжа
будет совпадать с min
ф-ии
.
Аналитический метод решения задачи (для оптимальных методов оптимизации)
Численный (для решения практических задач)
Аналитический метод
-
буквы
Найти
Подставить найденное значение в ограничения и найти числовое значение для всех
Подставить найденные в
и найти числовые значения
.
Пример:
Теоретически можно построить численный метод:
построить ф-ию Лагранжа. используя методы (Ньютона), найти все стационарные точки. Провести исследование всех стационарных точек, в том числе и седловых (седло может быть разделено по перем. и х, из всех min по х выбрать наименьший.
Теорема (необходимое условие экстремума)
Пусть
Матрица якобы не вырождена.
Для
того чтобы
была т.min,
необходимо, чтобы
было решением следующей системы
уравнений:
Лекция №5
Док-во:
Считаем,
что
- т.min
должны получить
.
В производной огранич. исп. правило дифференцирования сложной функции.
A
Если матрица не вырожд., то имеет одно решение.
Из
что
могут быть определены однозначно.
Суммируем все ограничения при этом i-е ограничение умножаем на
.
Изменим
порядок суммирования в последнем
выражении. Вынесем эл-ты типа
Прибавим
к последнему выражению необх. условие
экстремума из формулы
.
Подставим
,
определяемые из системы
.
= 0
Утверждение доказано (Th.)
Интерпретация множителей Лагранжа
Выводы по теме:
Отмечены 2 подхода к решению задач (зам. пер. и мн-ли Лагранжа).
Получены необх. условия экстремума для зад. услов. min с огран. типа равенства.
Приведена интерпрет. мн-й Лагранжа.
Лекция №6
Минимизация однопараметрической унимодальной функции
Формулировка задачи
Обоснование необходимости изучения темы.
а) такие задачи имеют место;
б) минимиз. многопараметр. ф-и сводится к решению последовательности задач минимиз. однопарам. ф-и.
Лекция №7
Особенности этой задачи:
1)
Высокая вероятность того, что
унимодальна.
Высокая трудоемкость, а иногда и не возможность вычисления производной:
а)
может быть не диф.
б) если диф., то трудоемкость вычисл. производной очень высока (диф. по всем парам.)
Вывод: эта задача очень часто решается на практике. Надо изучать специфические методы (без использования производных) отыскания min.
Постановка
задачи
Необходимо
за конечное число шагов m
или с точностью,
локализовать т.min.
Можно
установить связь между
.
Основа
рассматриваемого метода
Предполагая, что функция унимодальна, можно отбросить одну из частей (заведомо не содержащую т. min).
Общая характеристика метода
Методы делятся на 2 группы:
пассивная стратегия поиска min.
последовательная стратегия поиска:
выбираются
порциями в процессе min
ф-и. Выбор зависит от результата min
на предыдущем шаге. Основная опер. выбор
и вычисление
.
Облад. лучшей гибкостью и дают лучшие
результаты.
Общее для 2-ой группы методов:
Отличие:
в правилах генерации точек, трудоемкостью
вычисления
.
Можно
классифицировать по исп.
:
1
группа: нужны качественные оценки
.
-
узел интерполяции
Метод последовательного дихотомического поиска
На каждом шаге генерируются две точки, и в этих точках вычисляется значение функций. Наиболее трудоемкая операция – вычисление значения ф-й.
Точки генерируются по специальному правилу:
-
малое число, сравнимое с компьютерной
погрешностью,
генерируются близко к середине.
Если
считать, что функция на каждом шаге
вычисляется два раза, то
Если целевая функция вычисляется очень быстро, то можно применять этот метод.
Алгоритм:
Основная цель: обеспечить наиболее быстрое убывание отрезка неопредел. при min количестве вычислений целевой функции. Для достижения этой цели предлагается: на 1-ом шаге вычислить 2 значения целевой функции, на всех остальных – только 1 раз. Эта идея реализуется в методе Фибоначчи и в методе золотого сечения.