Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
kp.docx
Скачиваний:
10
Добавлен:
15.04.2019
Размер:
598.98 Кб
Скачать

3 Нелинейное программирование

3.1 Построение одзп, выбор начальной точки поиска

Целевая функция имеет вид:

Построим ОДЗП:

Рисунок 3.1 - ОДЗП

Внутри области допустимых значений выбираем точку x0, которая в дальнейшем будет являться начальной в процессе поиска экстремума:

x0=(3;1).

3.2 Нахождение экстремального значения функции f(X) без учета ограничений на переменные

3.2.1 Метод наискорейшего спуска

В методе наискорейшего спуска (подъема) очередная точка при поиске максимума функции вычисляется по формуле:

(3.1)

где “+” для задачи на максимум, а “-” – на минимум.

Найдем градиент :

; (3.2)

.

На первом шаге движение осуществляется из точки в направлении, обратном вектору в новую точку :

Величина шага на любом шаге выбирается из условия обеспечения экстремума функции в рассматриваемом направлении. Подставляя координаты точки в функцию , получим:

;

Из условия:

;

найдем :

;

;

;

В результате после первого шага координаты очередной точки получаются равными:

Вычисляем :

.

На втором шаге движение осуществляется в направлении, обратном вектору с увеличением шага :

;

;

;

;

;

В результате после второго шага координаты очередной точки получаются равными:

Вычисляем :

.

На третьем шаге движение осуществляется в направлении, обратном вектору с увеличением шага :

;

;

;

;

;

В результате после третьего шага координаты очередной точки получаются равными:

Вычисляем :

.

На третей итерации закончим вычисления, значение функции цели:

Рисунок 3.2 – Графическая интерпретация метода наискорейшего спуска

3.2.2 Метод Ньютона-Рафсона

Данный метод дает решение задачи за 1 шаг. Очередная точка поиска вычисляется в соответствии с выражением:

(3.3)

где – матрица Гессе функции ; – обратная по отношению к матрица.

Градиент F(x):

;

.

(3.4)

где det Hопределитель матрицы H; AdjH – присоединенная к H матрица (транспонированная матрица алгебраических дополнений).

Найдем определитель матрицы Гессе:

Найдем транспонированную матрицу алгебраических дополнений AdjH:

Теперь найдем матрицу обратную по отношению к - матрицу :

тогда:

Следовательно, в точке функция F(x) достигает максимального значения.

3.3 Нахождение экстремального значения функции f(X) с учетом системы ограничений задачи

23.3.1 Метод допустимых направлений Зойтендейка

Координаты следующей точки:

.

Тогда координаты очередной точки:

Определяем интервал допустимых значений для 0, при котором точка x1 будет принадлежать ОДЗП. Для этого подставим координаты точки x1 в ограничения задачи:

=>

Тогда:

Находим величину ,которая обеспечит минимум функции F(x). Воспользуемся уже найденным =0,199 (метод наискорейшего спуска, стр. 29), но т.к. оно не входит в найденный интервал, то =0,0454. Координаты точки и значение градиента функции в этой точке :

На следующем шаге двигаемся в направлении и попадаем в очередную точку.

Координаты очередной точки:

Определяем интервал допустимых значений для 1, при котором точка x2 будет принадлежать ОДЗП. Для этого подставим координаты точки x2 в ограничения задачи:

Находим величину ,которая обеспечит минимум функции F(x) из условия

Полученное значение не входит в найденный ранее интервал, поэтому примем . Тогда:

Движение вдоль выводит за вершины ОДЗП, следовательно следующую точку ищем в соответствии с выражением:

(3.5)

где - новое направление, которое составляет минимальный острый угол с вектором градиента и направлено либо внутрь, либо по границе ОДЗП. При этом очередная точка должна принадлежать ОДЗП.

Найдем направление очередного шага: т.к. x2 и точка экстремума лежат на оси [0;X2], то

При движении из точки x2 в точку x3 следует двигаться по граничной прямой в направлении , как показано на рис. 3.3.

Координаты точки x3 определяются выражением:

или

Находим интервал изменения , при котором принадлежит ОДЗП:

Найдем такое 2, которое обеспечит минимум F(x) в направлении

тогда

Вычисляются составляющие вектора градиента в точке x3:

Направление вектора перпендикулярно направлению , следовательно, найденная точка обеспечивает минимум функции F(x) с учетом ограничений на переменные:

Рисунок 3.3 - Графическая интерпретация метода допустимых направлений Зойтендейка

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]