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文档简介
1、机械优化设计实验指导书实验一 用外推法求解一维优化问题的搜索区间一、 实验目的:1、 加深对外推法(进退法)的基本理论和算法步骤的理解。2、 培养学生独立编制、调试机械优化算法程序的能力。3、 培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。二、 主要设备及软件配置硬件:计算机(1台/人)软件:VC6.0(Turbo C)三、 算法程序框图及算法步骤图1-1 外推法(进退法)程序框图算法程序框图:如图1-1所示。算法步骤:(1)选定初始点a1=0, 初始步长hh0,计算 y1f(a1), a2=a1h,y2f(a2)。(2)比较y1和y2:(a)如y1y2, 向右前进;,转(3);(b)如
2、y2y1, 向左后退;hh, 将a1与a2,y1与y2的 值互换。转(3)向后探测; (3)产生新的探测点a3a2h,y3f(a3);(4) 比较函数值 y2和y3:(a)如y2>y3, 加大步长 h2h ,a1=a2, a2=a3,转(3)继续探测。 (b)如y2y3,则初始区间得到:a=mina1,a3, b=maxa3,a1,函数最小值所在的区间为a, b 。四、 实验内容与结果分析1、 根据算法程序框图和算法步骤编写计算机程序;2、 求解函数f(x)=3x2-8x+9的搜索区间,初始点a1=0,初始步长h0=0.1;3、 如果初始点a1=1.8,初始步长h0=0.1,结果又如何?
3、4、 试分析初始点和初始步长的选择对搜索计算的影响。实验二 用黄金分割法求解一维搜索问题一、实验目的:1、加深对黄金分割法的基本理论和算法步骤的理解。2、培养学生独立编制、调试机械优化算法程序的能力。3、培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。二、主要设备及软件配置硬件:计算机(1台/人)软件:VC6.0(Turbo C)三、算法程序框图及算法步骤 图1-2 黄金分割法程序框图算法程序框图:如图1-2所示。算法步骤:1)给出初始搜索区间a,b及收敛精度,将赋以0.618。2)按坐标点计算公式计算a1,a2;并计算其对应的函数值y1,y2。3)根据区间消去法原理缩短搜索区间。为了能用
4、原来的坐标点计算公式,需进行区间名称的代换,并在保留区间中计算一个新的试验点及其函数值。如果y1y2,则新区间a1 b,a=a1,a1=a2,y1=y2, 插入新点a2=a+*(b-a) ,y2=f(a2);如果y1y2,则新区间a a2,b=a2,a2=a1,y2=y1插入新点a1=b-*(b-a) ,y1=f(a1);4)检查区间是否缩短到足够小和函数值收敛到足够精度,如果收敛条件满足,则取最后两试验点的平均值作为极小点的数值近似解。如果条件不满足则转向步骤3)进行新的区间缩小。四、实验内容与结果分析1、根据算法程序框图和算法步骤编写计算机程序;2、求解函数f(x)=x+20/x的极小点,
5、初始搜索区间为0.2,1, 收敛精度=0.01;3、如果初始搜索区间为0.1,10,收敛精度=0.001,结果又如何?4、试分析初始搜索区间和收敛精度对搜索计算的影响。实验三 用二次插值法求解一维搜索问题一、实验目的:1、加深对二次插值法的基本理论和算法步骤的理解。2、培养学生独立编制、调试机械优化算法程序的能力。3、培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。二、主要设备及软件配置硬件:计算机(1台/人)软件:VC6.0(Turbo C)三、算法程序框图及算法步骤图1-3 二次插值法程序框图算法程序框图:如图1-3所示。算法步骤:1)确定初始插值节点 取初始搜索区间a b的两端点及中
6、点为a1=a,a3=b,a2=0.5*(a1+a3)。计算函数值y1=f(a1),y2=f(a2),y3=f(a3)。给定收敛精度和h(外推法的最后步长)。2)计算二次插值函数极小点ap 其中c1=(y3-y1)/(a3-a1),c2=(y2-y1)/(a2-a1)-C1)/(a2-a3),ap=0.5*(a1+a3-c1/c2),yp=f(ap)。3)判断迭代终止条件 如果(y2-yp)/y2<,则停止迭代。若y2<yp,则输出极小点a*=a2;否则a*=ap。如果不满足上述迭代终止条件,则继续搜索。4)缩短搜索区间缩短搜索区间的原则是:比较函数值y2,yp,取其小者所对应的点作
7、为新的a2点,并以此点左右两邻点分别取作新的a1,a3,构成缩短后的新的搜索区间a1 a3,其具体方法如图1-3所示,返回步骤2)。四、实验内容与结果分析1、根据算法程序框图和算法步骤编写计算机程序;2、求解函数f(x)=x+20/x的极小点,初始搜索区间为0.2,1, 收敛精度=0.01;3、试比较黄金分割法和二次插值法的不同。实验四 用鲍威尔法求解无约束问题一、实验目的:1、加深对鲍威尔法的基本理论和算法步骤的理解。2、培养学生独立编制、调试机械优化算法程序的能力。3、培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的能力。二、主要设备及软件配置硬件:计算机(1台/人)软件:VC6.0(Tur
8、bo C)三、算法程序框图及算法步骤 图1-4 鲍威尔法程序框图算法程序框图:如图1-4所示。算法步骤: (1)给定初始点,迭代精度,维数n,。 (2)置 (3)置 (4)置 (5)从点出发,沿方向进行关于的一维搜索,求出最优步长,使 置。 (6)判别是否满足?若满足则进行步骤(7);否则置,返回步骤(5)。 &
9、#160; (7)计算映射点 (8)求出第k环迭代中各方向上目标函数下降值,并找出其中最大值,记作。即置 (9)计算、三点的函数值,并置, (10)根据条件式和进行判别。若两式均不成立,则进行步骤(11)。否则在第k + 1环迭代时仍用第k环迭代的基本方向组,即;迭代初始点选取:当时置,转向步骤(14);而当时置,转向步骤(14)。 (11)计算共轭方向,为新生方向。 (12) 从点出发,沿方向进行一维最优化搜索求得,即使。置,即为沿方向的极小点。 (13)将作为起始点,即置。确定第k+1环迭代的基本方向组:去掉具有函数最大下降值方向,并将方向作为第k+ 1环基本方向组中的第n个方向,即置。 &
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