Исследование операций и методы оптимизации в примерах. Практикум

УДК 681. 5

Составители: А.Ю. Полуян, С.Б. Петренкова

Исследование операций и методы оптимизации в примерах: практикум. – Ростов-на-Дону : Донской гос. техн.

ун-т, 2019. – 28 с.

Описаны методы решения некоторых задач с использованием оптимизационных методов.

Предназначены для обучающихся направлений подготовки 10.03.01 Информационная безопасность, 09.03.02 Информационные системы и технологии, 10.05.02 Информационная безопасность телекоммуникационных систем.

УДК 681. 5

Печатается по решению редакционно-издательского совета Донского государственного технического университета

Научный редактор канд. техн. наук, доцент А.И. Зотов

Ответственный за выпуск зав. кафедрой «Вычислительные системы и информационная безопасность» д-р техн. наук, профессор В.А. Фатхи

_____________________________________________________

В печать 08.02.2019 г.

Формат 60×84/16. Объем 0,8 усл. п. л. Тираж 50 экз. Заказ № 152.

__________________________________________________

Издательский центр ДГТУ Адрес университета и полиграфического предприятия:

344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

© Донской государственный технический университет, 2019

2

Проверка:

B2 AC 0 10 2 20 0; значит (0,0 ) является точкой экстремума, а так как А и С положительны, то точкой минимума; значение f(0,0) = 2x3+xy2+5x2+y2

= 0; в точке (–1,667;0):

A 12x 10 12 ( 5) 10 10, B 2y 0,

3

C 2x 2 2 ( 5 ) 2 1,333.

3

Так как

B2 AC 0 ( 10) (1,333) 13,33 0,

то рассматриваемая точка является точкой экстремума, а так как А и С отрицательны, то точкой максимума;

Значение функции:

как B2 AC 16 ( 2) 0 16 0, в рассматриваемой точке нет экстремума;

значение f(–1, –2) = 2x3+xy2+5x2+y2 = 3.

4

2. УСЛОВНЫЙ ЭКСТРЕМУМ ФУНКЦИИ ДВУХ ПЕРЕМЕННЫХ

Цель работы: исследование особенностей определения условного экстремума функции двух переменных методом множителей Лагранжа.

Задание: для функции f(x,y) и уравнения связи g(x,y)=0:

1) найти аналитически методом множителей Лагранжа координаты и вид условных экстремумов функции f(x,y) для указанного уравнения связи g(x,y)=0, а также значения функции в точках условного экстремума.

При выполнении преобразований делать максимальные упрощения с использованием правильных дробей, доводя решаемое уравнение до записи с целочисленными коэффициентами. Конечные численные значения указать в десятичной форме с округлением дробной части до трёх знаков (например, вместо 5/3 записать 1,66(6), а вместо 22 значение 2,628).

2) результаты выполнения задания оформить в виде отчёта о лабораторной работе (без приводимых далее дополнительных текстовых пояснений).

ПРИМЕР:

f (x,y)=2x3+xy2+5x2+y2 ; g(x,y)=3x+4y – 1=0.

1. Составляем вспомогательную функцию:

Ф(х,у)= f(x,y)+λ g(x,y)= 2x3+xy2+5x2+y2+λ(3x+4y–1).

2. Приравниваем частные производные Ф (х, у) по x и по y нулю:

5

Сделать максимальные упрощения с использованием, для сохранения точности, правильных дробей и получением квадратного уравнения с целочисленными коэффициентами:

4. Определяем вид экстремумов

Рассматриваемая функция f(x,y)=2x3+xy2+5x2+y2 третьего порядка, то есть имеет один минимум и один максимум. С учётом этого обстоятельства можно избежать аналитических преобразований и определить вид экстремумов в точках условного экстремума, сравнив значения функции в этих точках:

f(x4,y4) = 2 ( 1,379)3+( 1,379) 1,2842+5 ( 1,379)2+1,2842= 3,638; f(x5,y5) =2 0,0293 +0,029 0,2882+5 0,0292+0,2882= 0,058.

Таким образом:

вточке (x4,y4) максимум,

вточке (x5,y5) минимум.

6

3. ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЗАДАЧА ВАРИАЦИОННОГО ИСЧИСЛЕНИЯ Цель работы: закрепление навыков аналитического решения задач

оптимизации с использованием метода множителей Лагранжа

Задание: для заданного функционала при указанных граничных условиях: 1) Найти экстремаль (аналитическое выражение) с проверкой частного решения дифференциального уравнения, полученного при указанных

граничных условиях.

Примечания: результаты решения линейного однородного дифференциального уравнения (в частности, выражения с корнями), а также все окончательные результаты представлять десятичными числами с точностью до трёх знаков; проверить решения дифференциального уравнения (отклонение от 0 должно быть не более 0,01 – менее 1%).

2) Результаты выполнения задания оформить в виде отчёта о лабораторной работе.

ПРИМЕР:

1.1. Исходя из F = x2 + y2 + y 2, получим Fy и Fy

Fy (x2 y2 y 2 )y 2y,

Fy (x2 y2 y 2 )y 2y .

1.2. Запишем выражение для полной производной dFy , учитывая, что dx

7

1.4.3. Значения полных производных:

1.5. Подставим все полученные значения в систему уравнений Эйлера общего вида, при этом получим искомую систему уравнение Эйлера:

z 76 y . После подстановки во второе уравнение системы получаем

7 y 18 d2 (6 y ) 0 , dx2 7

или после упрощений y( IV ) 10849 y 0.

Выполняя аналогичные преобразования относительно другой функции,

и z( IV ) 49 z 0.

108

Таким образом, приходим к эквивалентной системе уравнений

10