semopt4 (1013528)

Файл №1013528 semopt4 (Практические занятия)semopt4 (1013528)2017-06-17СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Занятие 4. ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОИСКА БЕЗУСЛОВНОГОЭКСТРЕМУМА. МЕТОДЫ ПЕРВОГО И ВТОРОГО ПОРЯДКА(продолжение занятия 3)Г. МЕТОД ФЛЕТЧЕРА–РИВСАПостановка задачиПусть дана функция f ( x) , ограниченная снизу на множестве R n и имеющаянепрерывные частные производные во всех его точках.Требуется найти локальный минимум функции f ( x) на множестве допустимыхрешений X = R n , т.е. найти такую точку x ∗ ∈ R n , чтоf ( x ∗ ) = minn f ( x) .x∈ RАлгоритмШаг 1.

Задать x 0 , ε1 > 0 , ε 2 > 0 , M – предельное число итераций. Найти градиент ∇f (x ) .Шаг 2. Положить k = 0 .( )Шаг 3. Вычислить ∇f x k .( )Шаг 4. Проверить выполнение критерия окончания ∇f x k< ε1 :а) если критерий выполняется, то расчет окончен и x ∗ = x k ;б) если нет, то перейти к шагу 5.Шаг 5. Проверить условие k ≥ M :а) если неравенство выполняется, то расчет окончен и x ∗ = x k ;б) если нет, то при k = 0 перейти к шагу 6, а при k ≥ 1 перейти к шагу 7.( )Шаг 6. Определить d 0 = − ∇f x 0 .Шаг 7. Определитьβ k −1 =( )∇f x(∇f x2kk −1)2,( ( )[ ( ) (( )⎡⎧ ∇f x k , ∇ f x k − ∇ f x k − 1⎢⎪2⎪k −1⎢β∇fx=⎨⎢ k −1⎪⎢⎪⎩ 0, k ∈ J⎢⎣( )Шаг 8.

Определить d k = − ∇f x k + β k −1 d k −1 .()Шаг 9. Найти t k∗ из условия ϕ(t k ) = f x k + t k d k → min .tkШаг 10. Вычислить x k +1 = x k + t k∗ d k .Шаг 11. Проверить выполнение условийx k +1 − x k < ε 2 ,175() ( )f x k +1 − f x k< ε2 :) ] ),⎤k ∉J⎥⎥.⎥⎥⎥⎦а) в случае выполнения обоих условий в двух последовательных итерациях с номерами k и k − 1 расчет окончен, найдена точка x * = x k +1 ;б) если не выполняется хотя бы одно из условий, положить k = k + 1 и перейтик шагу 3.Геометрическая интерпретация метода для n = 2 изображена на рис. 4.x2x0− ∇f ( x 1 )x1C1 > C 2f ( x) = C1d 0 = −∇f ( x 0 )f ( x) = C 2d1β0d 0x∗0x1Рис. 4Пример 4.

Найти локальный минимум функцииf ( x ) = 2 x12 + x1x 2 + x 2 2 .† I. Определим точку x k , в которой выполнен по крайней мере один из критериев окончания расчетов.1. Зададим x 0 , ε1 , ε 2 , M : x 0 = (0,5;1) , ε1 = 0,1; ε 2 = 0,15; M = 10 . Найдем градиTент функции в произвольной точке ∇f ( x ) = (4 x1 + x 2 ; x1 + 2 x 2 )T .2.

Положим k = 0 .( )( )∇f (x )30 . Вычислим ∇f x 0 : ∇f x 0 = (3; 2,5) .4 0 . Проверим условиеT0< ε1 :( )∇f x 0= 3,9 > 0,1 .5 0 . Проверим условие k ≥ M : k = 0 < 10 = M .( )6 0 . Определим d 0 = − ∇f x 0 : d 0 = − (3; 2,5) .T()90 . Определим t 0∗ из условия f x 0 + t 0 d 0 → min : t 0∗ = 0,24 (см.

пример 2, такt0как первая итерация выполняется по методу наискорейшего спуска).100 . Вычислим x 1 = x 0 + t 0∗ d 0 : x 1 = ( − 0,22; 0,4) .T110 . Проверим условия x 1 − x 0 < ε 2 ,176( ) ( )f x1 − f x 0< ε2 :( ) ( )x 1 − x 0 = 0,937 > 0,15 ;f x1 − f x 0= 0,17 − 2 = 1,83 > 0,15 .Положим k = 1 и перейдем к шагу 3.( )( )∇f (x )31 . Вычислим ∇f x 1 : ∇f x 1 = ( − 0,48; 0,58) .41 . Проверим условие1T( )∇f x 1< ε1 := 0,752 > 0,1 .51 . Проверим условие k ≥ M : k = 1 < 10 = M .71 . Определим β 081 . Определим d 1( ): β = 0,0373 .=∇f (x )= − ∇f (x ) + β d :∇f x 1021d 1 = − ( − 0,48; 0,58)T0200− 0,0373 (3; 2,5)T(= ( 0,368; − 0,673) .T)91 .

Определим t1∗ из условия f x 1 + t1 d 1 → min . Воспользуемся формулойt1x 2 = x 1 + t1 d 1 = (− 0,22; 0,4)T + t1 (0,368 ; − 0,673)T = (− 0,22 + 0,368 t1 ; 0,4 − 0,673 t1 )T .Подставляя полученное выражение в f ( x ) , имеемϕ(t1 ) = 2 ⋅ (− 0,22 + 0,368 t1 ) 2 + (− 0,22 + 0,368 t1 ) ⋅ (0,4 − 0,673 t1 ) + (0,4 − 0,673 t1 ) 2 .Применяя необходимое условие безусловного экстремумаd ϕ(t1 )= 4 ⋅ (− 0,22 + 0,368 t1 ) ⋅ 0,368 + 0,368 ⋅ (0,4 − 0,673 t1 ) +d t1+ (− 0,22 + 0,368 t1 ) ⋅ (−0,673) + 2 ⋅ (0,4 − 0,673 t1 ) ⋅ (− 0,673) = 0 ,находим t1∗ ≅ 0,595 . Посколькуd 2 ϕ(t1 )d t1 2печивает минимум функции ϕ(t1 ) по t1 .= 0,952226 > 0 , найденное значение шага обес-101 .

Вычислим x 2 = x 1 + t1∗ d 1 : x 2 = (0,0010; 0,000) .T( ) ( ) <ε :f (x ) − f (x ) = 0,17 > 0,15 .111 . Проверим условия x 2 − x 1 < ε 2 ,x 2 − x 1 = 0,456 > 0,15 ;f x 2 − f x1221Положим k = 2 и перейдем к шагу 3.( )4 . Проверим условие ∇f ( x ) < ε :Найдена точка x = (0,001; 0) ; f ( x ) = 2 ⋅ 10( )32 .

Вычислим ∇f x 2 : ∇f x 2 = ( 0,003; 0,006) .222T12177T( ) = 0,0067 < 0,1 . Расчет окончен.∇f x 2−6.II. Проведем анализ точки x 2 . Функция f ( x ) = 2 x12 + x1x 2 + x 2 2 есть квадратичная функция двух переменных, имеющая положительно определенную матрицу⎡4 1 ⎤вторых производных H = ⎢⎥ . Это позволяет сделать вывод, что функция f ( x )⎣1 2⎦имеет единственный минимум, приближение которого x 2 = (0,001; 0)итерации. ■Tнайдено за двеМЕТОДЫ ВТОРОГО ПОРЯДКАА. МЕТОД НЬЮТОНААлгоритмШаг 1.

Задать x 0 , ε1 > 0, ε 2 > 0 , M – предельное число итераций. Найти градиент ∇f (x ) и матрицу Гессе H (x ) .Шаг 2. Положить k = 0 .( )Шаг 3. Вычислить ∇f x k .( )Шаг 4. Проверить выполнение критерия окончания ∇f x k≤ ε1 :а) если неравенство выполнено, то расчет окончен и x ∗ = x k ;б) в противном случае перейти к шагу 5.Шаг 5. Проверить выполнение неравенства k ≥ M :а) если неравенство выполнено, расчет окончен и x ∗ = x k ;б) если нет, перейти к шагу 6.( )Шаг 7.

Найти обратную матрицу H ( x ) .Шаг 8. Проверить выполнение условия H ( x ) > 0 :а) если H ( x ) > 0 , то перейти к шагу 9;Шаг 6. Вычислить элементы матрицы H x k .−1k−1−1kk( )б) если нет, то перейти к шагу 10, положив d k = −∇f x k .( ) ( )Шаг 9. Определить d k = − H −1 x k ∇f x k .Шаг 10. Найти точку x k +1 = x k + t k d k ,( ) ( )) < f (x ) , если dположив t k = 1 , если d k = − H −1 x k ∇f x k ,(или выбрав t k из условия f x k +1kШаг 11. Проверить выполнение условийx k +1 − x k < ε 2 ,(k( )= −∇f x k .) ( )f x k +1 − f x k< ε2 :а) если оба условия выполнены при текущем значении k и k = k − 1 , то расчетокончен, x ∗ = x k +1 ;б) в противном случае положить k = k + 1 и перейти к шагу 3.178Пример 5.

Найти локальный минимум функцииf ( x ) = 2 x12 + x1x 2 + x 2 2 .† I. Определим точку x k , в которой выполняется по крайней мере один критерий окончания расчетов.1. Зададим x 0 , ε1 , ε 2 , M : x 0 = (0,5;1) ; ε1 = 0,1; ε 2 = 0,15; M = 10 . Найдем граT⎛4 1⎞⎟⎟ .диент функции ∇f ( x ) = (4 x1 + x 2 ; x1 + 2 x 2 )T и матрицу Гессе H (x ) = ⎜⎜⎝1 2⎠2. Положим k = 0 .( )( )30 . Вычислим ∇f x 0 : ∇f x 0 = (3; 2,5) .T( )4 0 . Проверим выполнение условия ∇f x 0( )≤ ε1 : ∇ f x 0= 3,9 > 0,1 .

Перей-дем к шагу 5.5 0 . Проверим выполнение условия k ≥ M : k = 0 < 10 . Перейдем к шагу 6.⎛ 4 1⎞6 0 . Вычислим H x 0 : H x 0 = ⎜⎟.⎝ 1 2⎠1⎞⎛ 2− ⎟⎜7⎟.7 0 . Вычислим H −1 x 0 :H −1 x 0 = ⎜ 7⎜− 1 4 ⎟⎜⎟⎝ 7 7 ⎠280 . Проверим выполнение условия H −1 x 0 > 0 . Так как Δ 1 = > 0 ,71Δ 2 = > 0 , то согласно критерию Сильвестра H −1 x 0 > 0 .71⎞⎛ 2− ⎟⎛ 3 ⎞ ⎛ 1⎞⎜7 ⎟ ⎜ ⎟ = ⎜− ⎟ .90 .

Определим d 0 = − H −1 x 0 ∇f x 0 = − ⎜ 7214⎟ ⎜⎝ 2,5 ⎟⎠ ⎜⎜ − 1 ⎟⎟⎜−⎜⎟⎝⎠⎝ 7 7 ⎠( ) ( )( )( )( )( )( ) ( )⎛1 ⎞10 . Вычислим x = ⎜ ,1⎟⎝2 ⎠01T⎛ 1⎞+ ⎜ − ,−1⎟⎝ 2⎠T= (0, 0) .T110 . Проверим выполнение условий x 1 − x 0 < ε 2 ,( ) ( )f x1 − f x 0< ε2 :( ) ( ) = 2 > 0,15 . Положим k = 1 и перейдем к шагу 3.3 .

Вычислим ∇f ( x ) : ∇f ( x ) = (0, 0) .x1 − x 0 = 1,12 > 0,15; f x1 − f x 0111T( )41 . Проверим выполнение условия ∇f x 1( )< ε1 : ∇f x 1= 0 < 0,1 . Расчетокончен. Заметим, что в точке x 1 выполняется необходимое условие первого порядка,поэтому она является стационарной точкой.II. Проведем анализ точки x 1 . Для функции f ( x ) = 2 x12 + x1x 2 + x 2 2 матрица⎛ 4 1⎞вторых производных H = ⎜⎟ > 0 в силу того, что Δ 1 = 4 > 0, Δ 2 = 7 > 0 . Поэто⎝ 1 2⎠му точка x 1 = (0, 0)Tесть точка локального минимума целевой функции f ( x ) .

„179Б. МЕТОД НЬЮТОНА–РАФСОНААлгоритмШаг 1. Задать x 0 , ε1 > 0, ε 2 > 0 , M – предельное число итераций. Найти градиент ∇f (x ) и матрицу Гессе H (x ) .Шаг 2. Положить k = 0 .( )Шаг 3. Вычислить ∇f x k .( )Шаг 4. Проверить выполнение условия ∇f x k≤ ε1 :а) если неравенство выполнено, то расчет закончен и x ∗ = x k ;б) если нет, перейти к шагу 5.Шаг 5. Проверить выполнение условия k ≥ M :а) если неравенство выполнено, расчет окончен и x ∗ = x k ;б) если нет, перейти к шагу 6.( )Шаг 7. Найти обратную матрицу H ( x ) .Шаг 8.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
300,85 Kb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6390
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее