Общие вопросы теории оптимизации. Классификация задач математического программирования, страница 6

Классификация задач оптимизации, приведенная в [40], имеет иерархический характер. На первом уровне осуществляется деление на однокоритериальные и многокритериальные задачи. Первая группа де-лится на методы безусловной и условной оптимизации. В рамках бе-зусловной оптимизации осуществляется деление на локальные и глобальные задачи. Локальные задачи делятся на однопарамет-рические и многопараметрические.

Приведенный обзор позволяет сделать заключение о крайней неоднозначности состава, а также классификацийметодов оптимизации. Это позволяет говорить о существовании обширной группы методов оптимизации и возможности разбиения методов этой группы по различным признакам.

Охарактеризуем далее “степень использования” различных методов оптимизации при автоматизированном проектировании. Будем исходить при этом из того, что  в рамках САПР прежде всего решаются задачи структурно-параметрической оптимизации технических систем, в которых не производится выбор оптимального управления системой.  В этих условиях можно утверждать, что наибольшее применение в автоматизированном проектировании находят методы, осуществляющие решение задач дискретного и нелинейного программирования. К ним необходимо добавить также задачи геометрического и стохастического программирования.

Именно эти методы в дальнейшем и будет рассмотрены наиболее подробно. 

Отметим далее, что задачи оптимального проектирования  крайне редко сводятся к задачам линейного программирования, традиционно включаемым в состав различных курсов по оптимизации. (Один из случаев их использования приведен, например, в [41]). Тем не менее, метод решения таких задач (симплекс-метод) входит как составная часть в методы решения указанных выше задач. Поэтому он также будет рассмотрен нами в рамках данного пособия.

Нами будут также дополнительно рассмотрены важные для оптимального проектирования методы многокритериальной (векторной) оптимизации.

1.3. Роль и специфика оптимизации в САПР

Методы оптимизации позволяют решать задачу оптимального проектирования различных устройств и систем, состоящую в определении объекта проектирования, обладающего наилучшими характеристиками (эффективностью, надежностью, быстродействием и т.д.) при соблюдении определенных ограничений. Тем самым оптимальное проектирование позволяет достичь высшего качества проектирования.

Параметры объекта, которые проектировщик может выбирать в процессе проектирования, называются переменным проектирования. В рамках теории оптимизации таким параметрам соответствуют переменные оптимизации. При этом ЦФ количественно оценивает  эффективность функционирования проектируемой системы или объекта.

С помощью переменных оптимизации можно описать как структуру, так и параметры проектируемого объекта.  Это позволяет решать в рамках САПР задачу структурно-параметрической оптимизации объекта проектирования.

         1.4.  Математическое программирование

Выбранные нами выше методы, использующиеся при решении задач оптимального проектирования (за исключением методов многокритериальной оптимизации), обычно включаются в состав  так называемого математического  программирования  (МП).

Имеется много определений понятия “математическое программирование”, отличающихся друг от друга степенью подробности и уровнем формализации.

Так, в [1] указано, что математическое программирование - теория и методы решения задач о нахождении экстремумов функций на множествах, определяемых линейными и нелинейными ограничениями (неравенствами и равенствами).

Аналогичное определение приводится в [11].

Поясним происхождение слова “программирование”, входящего в название рассматриваемой нами группы методов. Так, в [2] использование такого слова объясняется тем, что неизвестные переменные, отыскиваемые в процессе решения задачи, определяют программу (план) работы некоторого экономического объекта.

Таким образом, слово “программирование” имеет сугубо “экономическое” происхождение и означает поиск наилучшей  программы  (плана) выпуска некоторых изделий.

В рамках МП набор значений аргументов ЦФ (набор значений переменных оптимизации)  x1, x2, …,  xn  называется планом. Этот термин также имеет  “экономическое происхождение”.