- •Теория теоретическая Функции одной переменной
- •2.1. Свойства функций одной переменной
- •Определение
- •2.2. Критерии оптимальности
- •Теорема 2.1
- •Доказательство
- •2.3. Методы исключения интервалов
- •2.3.1. Этап установления границ интервала
- •Этап уменьшения интервала
- •Сравнение методов исключения интервалов
- •Полиномиальная аппроксимация и методы точечного оценивания
- •Методы оценивания с использованием квадратичной аппроксимации
- •Метод последовательного оценивания с использованием квадратичной аппроксимации
- •Методы с использованием производных
- •2.5.1. Метод Ньютона — Рафсона
- •2.5.2. Метод средней точки
- •2.5.3. Метод секущих
- •2.5.4. Метод поиска с использованием кубичной аппроксимации
- •Сравнение методов
- •Заключение
- •Контрольные вопросы и задачи
Определение
Функция f(х) является унимодальной на отрезке а≤х≤b в том и только том случае, если она монотонна по обе стороны от единственной на рассматриваемом интервале оптимальной точки х*. Другими словами, если х*— единственная точка минимума f(x) на отрезке а≤х≤b, то f(х) оказывается унимодальной на данном интервале тогда и только тогда, когда для точек х1 и х2
из x*≤x1≤x2 следует, что f(x*)≤f(x1)≤f(x2),
и
из x*≥x1≥x2 следует, что f(x*)≤f(x1)≤f(x2).

Как показано на рис. 2.6, унимодальная функция не обязательно должна быть непрерывной. Унимодальность функций является исключительно важным свойством, которое широко используется в оптимизационных исследованиях. Вопросы, связанные с этим свойством функций, рассматриваются в разд. 2.3.
2.2. Критерии оптимальности
При анализе оптимизационных задач, как правило, возникают два общих вопроса.
1. Вопрос анализа «в статике». Как определить, представляет ли данная точка х* оптимальное решение задачи?
2. Вопрос анализа «в динамике». Если х* не является точкой оптимума, то какая последовательность действий приводит к получению оптимального решения?
В этом разделе основное внимание уделяется решению вопроса анализа «в статике», а именно построению множества критериев оптимальности, позволяющих определить, является ли данное решение оптимальным.
Определения
Функция f(x), определенная на множестве S, достигает своего глобального минимума в точке х** S том и только том случае, если
![]()
Функция f(x), определенная на множестве S, имеет локальный минимум (относительный минимум) в точке x* S в том и только том случае, если
![]()
т.е если существует > 0, такое, что для всех х, удовлетворяющих условию х-х* <, выполняется неравенство f(x*) ≤ f(x)
Замечания
1. Аналогичные определения глобального максимума и локального максимума можно получить путем замены знака неравенства на противоположный.
Если функция обладает свойством унимодальности, то локальный минимум автоматически является глобальным минимумом.

3. Если функция не является унимодальной, то возможно наличие нескольких локальных оптимумов; при этом глобальный минимум можно определить путем нахождения всех локальных оптимумов и выбора наименьшего из них.
На рис. 2.7 точка х1 — точка глобального максимума, х2 — точка локального минимума, х3 — точка локального максимума, х4 — точка глобального минимума, а х5 можно рассматривать и как точку локального минимума, и как точку локального максимума.
Идентификация оптимумов в случае функции одной переменной. Предположим, что функция f(x) одной переменной х определена на открытом интервале (a, b) и n-кратно дифференцируема на этом интервале. Если х*— внутренняя точка интервала, то теорема Тейлора позволяет записать изменение функции f при переходе от точки х* к точке (х*+) в следующем виде:

где через Оn+1() обозначена сумма членов, в которых степень равна (n+1) и выше. Если х*— локальный минимум функции f на (а, b), то по определению должна существовать -окрестность точки х*, такая, что для всех х из этой окрестности выполняется неравенство
f(x) f(x*) (2.2)
Из неравенства (2.2) следует, что
![]()
При достаточно малом первое слагаемое доминирует над остальными, а так как можно выбрать и положительным, и отрицательным, то неравенство (2.3) будет выполняться только в том случае, если:
(2.4)
Рассуждая аналогичным образом, нетрудно установить, что неравенство (2.3) будет справедливым только тогда, когда
(2.5)
Эта же схема анализа применима и в случае локального максимума, с той лишь разницей, что знак неравенства (2.2) требуется заменить на противоположный. Мы получили следующий общий результат, который можно сформулировать в виде теоремы.
