Скачиваний:
160
Добавлен:
15.01.2020
Размер:
1 Мб
Скачать
☆

5.3 Условная оптимизация

Математическое программирование - это область математики, разрабатывающая теорию, численные методы

решения многомерных задач с ограничениями. В отличие от классической математики, математическое

программирование занимается математическими методами решения задач нахождения наилучших вариантов из всех возможных.

5.3.1 Метод множителей Лагранжа

Пусть задана функция нескольких

n переменных

f (

требуется найти экстремумы f(x) при заданных ограничениях:

x) = f (x1, x2 , xn )

ϕi (x) =ϕi (x1, x2 , xn ) = 0; i =1 m

1. Необходимые условия существование локального экстремума (НУ)

Функция Лагранжа

m

 

 

 

Φ(x,ψ ) = f (x) +∑ψiϕi (x)

ψi множители Лагранжа

i=1

Если x* является локальным экстремумом, то существует вектор ψ * = (ψ1* ,ψ2*, ,ψn* )

такой, что Φ'x (x* ,ψ * ) = 0

m

где Φ'x (x,ψ ) = f ' (x) +∑ψiϕ' (x)

i=1

11

1. Достаточные условия существование локального экстремума (ДУ)

Если f (x) и ϕi (x) дважды дифференцируемы в точке x*

и в этой точке выполняются ДУ и условия

(Φ'xx' (x* ,ψ * )h, h)> 0 или

(Φ'xx' (x* ,ψ * )h, h)< 0

При всех ненулевых h, удовлетворяющих условиям

(ϕi' (x* )h, h)= 0

i =1 m

То x* строгий локальный минимум (максимум) f(x) при заданных ограничениях.

 

m

Где Φ'xx'

(x* ,ψ * ) = f '' (x) +∑ψiϕi'' (x)

 

i=1

12

5.3.2 Выпуклые функции

Выпуклое программирование - раздел нелинейного программирования, совокупность методов решения

нелинейных экстремальных задач с выпуклыми целевыми функциями и выпуклыми системами ограничений.

Функция выпукла, если для любых двух значений аргумента выполняется неравенство Йенсена

f (t x +(1−t) y) ≤ t f (x) +(1−t) f ( y) t 0 1 x ≠ y n

Некоторые свойства выпуклой функции:

-дважды дифференцируемая функция выпукла тогда и только тогда, когда ее график лежит не ниже касательной, проведенной в любой точке интервала выпуклости; -дважды дифференцируемая функция выпукла, если ее вторая производная не отрицательна;

-если f(x) и g(x) выпуклы, то их линейна комбинация тоже выпуклая функция; -локальный минимум выпуклой функции является глобальным минимумом; -любая стационарная точка выпуклой функции является глобальным экстремумом;

13

5.3.3 Условия Каруша-Куна-Таккера (ККТ)

Выпуклое программирование - раздел нелинейного программирования, совокупность методов решения

нелинейных экстремальных задач с выпуклыми целевыми функциями и выпуклыми системами ограничений.

Пусть задана выпуклая функция нескольких

n переменных f (x) = f (x1, x2 , xn )

требуется найти экстремумы f(x) при заданных ограничениях:

ϕj (x) =ϕj (x1, x2 , xn ) ≤ 0;

x ≥ 0;

j =1 m

ϕj (x) выпуклые функции

 

 

Необходимые и достаточные условия существование локального экстремума

Функция Лагранжа

m

 

 

Φ(x,ψ ) = f (x)

+∑ψ jϕj (x)

ψi

множители Лагранжа

 

j=1

 

 

1)

∂Φ(x,ψ ) ≥ 0

4)

∂Φ(x,ψ ) ≥ 0

 

∂x

 

∂ψ j

 

i

 

∂Φ(x,ψ ) x = 0

2)

∂Φ(x,ψ ) x = 0

5)

 

i

 

i

 

∂xi

 

∂ψ j

3)

xi ≥ 0

6)

ψ j ≥ 0

i =1 n

 

j =1 m

14