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文档简介
11 约束问题的线性化方法 非线性约束问题求解策略 1. 转化为无约束问题 nLagrange乘子法 n惩罚函数法 2. 线性化 3. 直接搜索等其它方法 线化方法:Taylor展开 11.1线性逐次逼近算法 n线性约束问题 n非线性约束问题 11.1.1线性约束问题 在初始点x0线化 线性约束问题算法 例:三级压缩机优化设计 n目标:选择中间级大力,最大限度节能 例:三级压缩机优化设计 11.1.2非线性约束问题 在点x(t)线化 例:弱非线性问题的逐次线化求解 线化 应用线性规划算法求解 例:弱非线性问题的逐次线化求解 11.1.2非线性约束问题 n对于较强的非线性问题,逐次线化方法 会导致发散,解决办法: 限制步长:区域越小线性近似越准确 使用惩罚函数 惩罚逐次线性规划算法 例:惩罚逐次线性规划方法 限制步长求解 线化 例:惩罚逐次线性规划方法 x(1)点的惩罚函数计算 在x(1)点线化求解: 例:惩罚逐次线性规划方法 在x(2)点线化求解: 在x(3)点线化求解: 11.2可分离规划:分段线性近似 n分段线性逼近 单变量分段线性近似 多变量可分离规划 n前提:函数可分离 多变量可分离规划 例:多变量函数线性近似 例:可分离规划求解 例:可分离规划求解 x1的网格点选取: 函数的分段线性近似: 例:可分离规划求解 线化之后的线性规划标准形式: 单纯形方法求解: 精确解 总结 n逐次线性逼近算法 n步长限制,惩罚函数 n适用于非线性不强的问题 n分段线性逼近算法 n精度随格点数增加而增加 n要求函数可分离 11.3搜索方向的线性化生成 11.3.1可行方向算法 可行方向算法 例:可行方向算法 例:可行方向算法 例:可行方向算法 可行方向算法修正 n微扰法 nTopkisVeinott方法 11.3.2单纯形方法推广 单纯形方法回顾 约束标准型: 基本解: 相对收益: 基本变量的 选取与替换: 新的可行基本解: 最优化准则: 所有非基本 变量的相对收益 大于或等于0 单纯形方法推广到线性约束问题:凸单纯形方法 相对收益: 最优化准则: 最优解可能不在顶点, 非基本变量可能不为0 约束标准型: 基本解: 相对收益: 最优化准则: 线性搜索 凸单纯形算法 凸单纯形算法 11.3.3既约(Reduced)梯度方法 n类似于无约束优化的梯度算法(Cauchy 算法)。搜索方向d 为梯度的负方向 n约化梯度为 ,即凸单纯形算法中非基 本量的相对收益。可以证明,它实际上 是在约束条件(m个)下的以非基本变量为 独立变量(n-m)的梯度: 称为约化梯度,是在非基本变量子空间中 的梯度。 11.3.3既约(Reduced)梯度方法 基本量的变化: 非基本量子空间 中的搜索方向: 保证x在定义域内: 确定搜索方向 11.3.3既约(Reduced)梯度方法 11.3.3既约(Reduced)梯度方法 n约化梯度方法的加速 n共轭梯度 n准牛顿方法 11.3.4广义既约梯度(GRG)方法 n推广约化梯度方法到一般的非线性优化 问题 nGRG基本思想:等式约束可以通过消元 的办法化为无约束问题 将等式约束线化消元化为无约束形式 应用无约束的基于梯度算法 11.3.4广义既约梯度(GRG)方法 n首先考虑等式约束问题,目标函数和约 束都是非线性的: 基本GRG算法 1、约束的线化 2、选择独立变量,即分解为基本量与非基本变量 基本量,即非 独立变量的系 数矩阵: 非基本量,即 独立变量的系 数矩阵: 基本GRG算法 3、以非基本变量为独立变量,在线化的约束中解出基本量,实现消元 4、计算目标函数的梯度(独立变量为非基本变量为),即线性规划中的相对收益 5、梯度为0即是最优化的必要条件,可作为收敛准则 基本GRG算法 6、确定搜索方向 7、在搜索方向上线性搜索 返回4 基本GRG算法修正 问题:搜索方向d具有下降的性质,这是由于 是下降的,而 一般不具有这个性质,因此会导致在d方向上搜索会违反约束 解决办法:将 往约束曲面上投影,在投影上进行线性搜索: 具体方法: (1)给定,解出 (2)调变,使f(x)最速下降 完整GRG算法 完整GRG算法 11.3.5 最一般情形的GRG算法 n包含不等式约束,定义域有上
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