Исследование алгоритмов одномерной оптимизации. Исследование комбинаторного метода, ветвей и границ: Методические указания к лабораторным работам, страница 4

На олевущей итерации выберем систему направлений поиска

СГо)  р(о)         с'0) „fol Г,<о) "Л i °3 •> • • • 1 "1 , "2 - "/ •

Два последних из них являются сопряженными. Переоборначим эту систеглу направлений как 5м, S^,..., S^. Примем U^ •= U^ • Осуществим теперь минимизацию в направлении S^   , получив точку у^ , а затем серию минимизаций во всех п направлениях <>!11 ^i'1 > •••у •S'я '     Получим точку U1,11 При этом в силу

теопезд 2 вектор и^-й^ будет сопряжен к двум направлениям

еа)        p(i)

"п-1   " ^п •                                  - ,   _,

Вкйирая на следующей итерации направление U.'^' - U11' ка­честве последнего направления поиска S^'   и исключая из рас­смотрения направление S^ = S^ , получаем после' переобозначения соответствующих векторов новую систему направлений поиска

С»)   рЛ)        '^(f)

!>^ , ^i , ..., ->л .

В этой с с теме три последних вектора ^/^-r^^fi ^"являют-ся сопряженными.

Таки.т образом, производится поочередяая замена принятых вна­чале координатных направлений поиска на сопряженные направления. При этом на ( П -1)-й итерации будет получена система из П сой-' ряхенннх направлений, а на П -и итерации будет найден минимум i 1адратичисй формы.

Р заключение описания алгоритма сделаем следующие замечания.

1. Несмотря на то, что понятие сопряженных направлений оп­ределено только для квадратичной функпии, описанный алгоритм пос­троен так, '.то его можно формально применять для произвольной |*-ункчии. Разумеется, при ртом для одномерной минимизации необхо-гп\'о аспрчьчовпть поисковые нетодн.

2. !'поле дуемая в работе программная реализация алгоритма оо-пглт-с'-]"!-? чпггз.члечий отличается рядом специальных усоверпенство-нр-ч"'"' ^ '.] , '^пчазчачечнмх для повышента сходимости &>ггоритма я, в "-1ст;'"^тч, ai". пчключечэд позкокности появления линейно-зависи-•ч./- 'пп;??'^"'"!" поиска.

3. В качестве алгоритма одномерной минимизации в программе использована процедура квадратичной интерполянии C.3,5J .

3. ПОРЯДОК ВЫП(Ж1И{ИЯ РАБОТЫ

"3.1. Расчетная часть

3.1.1. Построить графически линии равных значений целевой функции для трех вариантов исходных данных:

1) квадратичной формы вида (5) о хорошо обусловленной мат­рицей А ' •,

2) квадратичной формы вида (5) о плохо обусловленной матри­цей' А ;

3) неквадратичной функции.

3.1.2. Опрецелить собственные значения матрицы А для ' первого и второго вариантов исходных даняьос.

3.1.3. Для первого варианта исходных данных построить гра- ' фически траекторию поиска методом покоординатного спуска.

3.1.4. Для второго варианта исходных данных построить ана­литическое решение методом сопряженных направлений. Представить результаты этого решения графически.

3.1.5. Coo TaaHTbJ на языке Си   подпрохрамну вычдслений заданной наквадратичааВ   функции, оформив ее в вице процедуры.

3.2. Экспериментальная часть

3.2.1. Для первых двух вариантов исходных данных получить результаты машинного решения с помощью предлагаемых программ МПС и МСН, предназначенных для минимизации квадратичной формы.

3.2.2. Ввести в ЕВМ процедуру вычисления заданной неквадра­тичной функции, осуществить ее трансляцию и компоновку совместно о прелагаемой основной програктюй МСЯ.

3.2.3. Получить результаты машинного решения задачи миними­зации заданной нёкэадратичной функции' с йэмощьи программы, обздаяиоУ в~п.3.2.2.

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ

1. Исходное задание на исследование.

2. Результаты, полученные впп.3.1.1 - 3.1.5 ракетной части.

3. Результаты машинного решения по пп.3.2.1 и 3.2.3, пред­ставленные в виде таблиц и траекторий поиска на графиках линий равных значений .целевой функции, предварительно построенннх в' п.3.1.1.

4. Анализ результатов экспериментального исследования и. сопоставление их с теоретическими результатами;

5.'Выводы по работе.

• 5. KOiITPOAWIB ВОПРОЯЦ

1. П чем суть iioHRKOBliX методов параметрической оптимизации?

2. Как работает МПС и какой основной его недостаток?

3. Какие теоремы лета т с основе МЛН?

4. Как осуществляется выбор н.чправлений поиска в МОН?

5. Выпишите чапгя.пления полек'1 дта ЖН в случае втанимизаипи F(U)=2U1 ^U^-UU,, начиная яз точки  Z/^-г [З^]1'-

6. НнСдите направление, ортогональное вектору л   г -f      ^     i I7

_   ^-L^.-^'-^J

и точке U^Q,0,OY .

"fi" il:i re напра^.юние, сопряженное к S цля оелевой функ-:i:;ii F(U)s Ufi-.tU.^-UfU^ в то:1 же точке.

Библиографический опасок

I. Черенков i!.n. Введение в автоматизированное проек.тирова-•nie технических устройств и систем.   ?.!.: Пысшая пжола, 1980. 200 с.

*. Ильин Н.Н. Ма"инное проектирование электронных схем. М.:

Глергия, [972.   270 о.

3. Хию.-ельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: :,?нр, T'^S.   534 с.

4. Чотееев Н.й., Иоани-.юв г).П., Столярова Е.М. Методы опти-мтаатп!.   ?.1.: Наука, 1^Р.   ЗЖ с.      •               .-.——— и. Каяиткин П.Н. Чясленнне методы. ' М.: Наука, 1978. .5120.

  Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМБИНАТОРНОГО МЕТОДА. ВЕТВЕЙ И ГРАНИЦ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей работы являются изучение и анализ метода вет­вей и границ (МВГ), применяемого для решения задач дискретного про­граммирования (ДД), к математическим моделям которых оводитоя боль­шое число задач структурной оптимизации конструкций ЭВА. Исследова­ние проводится на примере задачи выбора оптимальной совокупности конструктивных единиц.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ '

2.1. Метод ветвей и границ

Рассмотрим задачу ДП в следующей оощей форме: найти оптималь-"ное решение X*f б такое, что

J(^*)^mu,J(X),                 (^

J         хе<г

где .7  - целевая, функция, ff - некоторое конечное мнскество до­пустимых вариантов решения.

;       МВГ относится к числу комбинат арных методов, основанных на идее направленного перебора.вариантов. В его основе лежат следующие построения, позволяющие в ряде случаев существенно сократить объем перебсра.

Часто тем или иным опооооом, зависящим от конкретного содержа­ния задачи, удается определить нижнюю границу целевой функции J(X.) на мнокестве допустимых решений G , т.е. найти такое число ^(ff), которое заведомо не больше, чем значение функции ^(Х) на любом допустимом решении.

Получение такого рода оценки иногда бывает значительно более простой задачей, чем задача получения оптимального решения. Например, если рассматривается какая-либо задача целочисленного.линейного про­граммирования (ЦДЛ), то в качестве такой оценки можно использовать. значение целевой функции для соответствующей задачи линейного прог­раммирования, не стесненной требованиями целочисленности переменных. Очевидно, это значение будет заведомо не больше, чем любое (вклю­чая и оптимальное) значение целевой функции исходной задачи. ЩШ.