优化上机指导1B(优化编程)(c版)6h.doc

优化设计上机指导书v2012优化编程实验（1B）上机指导书（C版）适用专业: 机械工程 课程代码: 6015589 编写单位: 机械工程与自动化学院 编 写 人: 张晓洪 审 核 人: 审 批 人: 目 录 实验1.1 优化设计基础例程编制 2实验1.2 一维搜索方法编程 5实验1.3 Powell法无约束优化编程 7注释 8主要参考文献 8实验1.1 优化设计基础例程编制一、上机目的1、了解、掌握优化设计编程中常用的基础例程（C函数）；2、调试指定的过程。二、原理和方法通过一给定目标函数，编制实现的代码，并调试通过。代码的编写应提前写好，上机时录入调试。三、上机内容1、数据定义为便于编程的有序进行及代码的高效利用，推荐采用如下的数据结构（仅供参考）：（1）typedef enum STOP_DOTNEAR, STOP_ABSDESC, STOP_RELDESC, STOP_GRADZERO WHENSTOP; WHENSTOP用于定义终止准则,即点距准则,函数值绝对下降准则,函数值相对下降准则及零梯度准则.（2）typedef struct int n; /*dim number */ float *dir; /*direction */ float *start; float *end; float alfa; /*iterate step */ int counter; /*number of iterate */ WHENSTOP stop; /*terminating style */ float precision; char s1dmeth; /*g:goldcut r:grid i:interp */ float targetvalue; S1DPARA; S1DPARA用于定义线搜索的参数。上述定义可存放在一个h文件中。2、应编写的基础C函数包括： 1）int initzone1d(float (*tf)(), S1DPARA *apara); 用于确定一维搜索的初始区间, 返回的端点值存放在start及end中. 2）void movefblk(float *d, float *s, int n); 用于n维坐标点数据的拷贝或转移，s和d分别表示源数据和目的数据. 3）void newdot1d(float *d, float *s, int n, float *dir, float alfa); 用于在点s按方向dir及步长alfa获取新点,存入点d. 4）void dotinzone(float *d, float *a, float *b, int n, float pos); 用于获取a,b连线上的某点,该点距a的位置为pos(相对),a指向b为正向. 5）float distsqu(float *a, float *b, int n); 两点间距离的平方值 . 6）int stopsearch(float *x0, float *x1, float (*f)(), WHENSTOP stop, float prec, int n); 搜索终止条件测试,若返回非零,则终止. 7）float zxhgrad(float (*f)(), float *dot, float *g, int n); 梯度函数,梯度向量存入g,函数返回值为梯度向量的模.上述代码要求提前编写，可存放在一个C文件中。3、编写调用程序以调试上述子过程或函数。四、调试用例约束优化问题：min f(x) = 60-10x1-4x2+x12+x22-x1x2s.t. g1(x) = -x10 g2(x) = -x20 g3(x) = x1-60 g4(x) = x2-80 g5(x)=x1+x2-110五、上机步骤1、打开VC6.0，产生一个控制台程序；2、在其中编写main函数代码；3、编写目标函数的代码。4、调试程序，用以下检验数据检查程序的正确与否。检验数据如下：（1） f(x)在点1 2T处的值为45；在4 6T处的值为24；（2） f(x)在点0 1T处的梯度为-11 -2T；（3） g3(x)在任意位置处的梯度为1 0T。实验1.2 一维搜索方法编程一、上机目的1、掌握优化设计中一维搜索方法编程；2、调试指定的过程。二、原理和方法通过一给定目标函数，编制实现的代码，并调试通过。代码的编写应提前写好，上机时录入调试。三、上机内容1、编写的C函数包括： 1）int search1d(float (*tfunc)(), S1DPARA *apara); 一维搜索函数,tfunc为目标函数指针,alfa存初始步长,apara-start用于存放起点,调用后alfa为最优步长,end为最优点,targetvalue可用,counter存放迭代次数,start被破坏.2）int goldcut(float (*tf)(), S1DPARA *apara) ; 一维搜索用的黄金分割法,结果在end中. 3）int gridchoice(float (*tf)(), S1DPARA *apara); 格点法一维搜索函数，选做。 4）int intervalue(float (*tf)(), S1DPARA *apara); 二次插值法一维搜索.上述代码要求提前编写。2、编写调用程序以调试上述子过程或函数。四、调试用例无约束优化问题：min f(x) = 60-10x1-4x2+x12+x22-x1x2五、上机步骤略。调试用例的检验数据如下：（1） 以(6 3)为起点，(1 -1)为方向，初始步长为1，则一维搜索的初始区间为a=7 2T和b=5 4T；（2） 同上，一维搜索最优点为5.5 3.5T。实验1.3 Powell法无约束优化编程一、上机目的1、掌握优化设计中Powell法无约束优化方法和编程；2、调试指定的过程。二、原理和方法通过一给定目标函数，编制实现的代码，并调试通过。代码的编写应提前写好，上机时录入调试。三、上机内容1、数据结构typedef struct int n; float *start,*end,alfa; int turn,loop; WHENSTOP stop; float precision; char s1dmeth; WHENSTOP stop1d; float prec1d; float targetvalue; POWELLPARA;2、编写函数包括：int powell(float (*f)(),POWELLPARA *ap);四、调试用例无约束优化问题：min f(x) = 60-10x1-4x2+x12+x22-x1x2五、上机步骤略。调试用例的检验数据如下：全局最优点为8 6T。注释1、 为简化编程，优化模型的表达采用规定名称的函数过程来实现，如objfunc、gg、hh等；无论哪个优化问题，均需新建一个vb工程，再装入存放优化模型的模块OptModel.bas和存放通用过程的模块OptFuncs.bas，然后在其它模块（标准模块或窗体模块）中编写调用代码。2、 为便于求梯度的操作，将优化模型中各个函数的调用交给一个统一的过程funcval（放在OptModel 模块中）来实现，而objfunc、gg、hh等过程则设置成私有过程。3、 涉及一维搜索的各个过程，需要能够解决多元问题条件下的一维搜索，而不是一元搜索。4、 上机指导中要求编写的各过程是通用的，在后面的实验中还要用到，故最好按要求的名称编写，当