微电一班实验指导书

1、PAGE PAGE 26 学 院 机电工程学院专 业微电子制造装备及其自动化年级班别 10（1）学 号3110000308学生姓名 陈俞静2013/5/9 高等机械创新设计实验指导书吴和平 谢宋良 编 写广东工业大学机电工程学院 二00六 年7月印刷实验项目名称: 一维优化程序的设计、调试与运用实验项目性质: 普通所属课程名称: 高等机械创新设计实验计划学时: 课内1学时一、实验目的通过本实验使学生了解常用一维优化方法的基本原理和特点,并通过对某种具体方法的编程调试及验证，加深对该方法基本理论的理解，并培养学生独立编程能力。 二、实验内容和要求学生自主从进退法、黄金分割法、二次插值法中任选一种

2、，自编程序，调试验证后对实验指导书中所给一维问题进行求解。三、实验主要仪器设备和材料 计算机四、实验方法、步骤及结果测试1、复习教材中有关一维优化的基本理论与基本方法；2、选定某种方法，根据其算法框图编程；3、在计算机上用例题调试、验证；4、用调试好的程序求解下列所给一维优化问题。用自编优化程序求解下列一维优化问题：本人选用的是c语言进行编程，在具体的题目中再进行精度函数以及区间的修改，具体如下：#include#include#definee0.001floatf(floatx)floaty=pow(x,2)+2*x;return(y);main()floata=-3,b=5;floatx1

3、,x2,f1,f2,c,min;x1=a+0.382*(b-a);x2=a+0.618*(b-a);f1=f(x1);f2=f(x2);printf(n%f%f,a,b);while(b-a)e)if(f1f2)b=x2;x2=x1;x1=a+0.382*(b-a);f2=f1;f1=f(x1);elsea=x1;x1=x2;x2=a+0.618*(b-a);f1=f2;f2=f(x2);printf(n%f%f,a,b);c=(a+b)/2;min=f(c);printf(nTheareais%fto%f,a,b);printf(nTheminis%fandtheresultis%f,c,m

4、in);在具体的问题中进行对搜索区间以及迭代精度的修改，以及最后的函数修改，得到结果如下1、搜索区间：1，3，迭代精度E1=1 经调试得到2、搜索区间：1，10，迭代精度E1=10-5经调试得到3、搜索区间：-3，6，迭代精度E1=10-5 经调试得到区间4、搜索区间：0，6，迭代精度E1=10-5 经调试得到区间五、思考题1、常用一维优化方法有哪些？答：常用的一维优化方法有:格点法、 黄金分割法、二次插值法、三次插值法。2、进退法、黄金分割法、二次插值法基本原理是什么？各有什么特点？答：一、进退法：原理：在搜索区间内部a,b插入n个内等分点，比较各分点xi的坐标对应的函数值yi，取其中的最小

5、者ym，在ym相对应的点xm之左右两侧相邻点xm-1，xm+1所确定的区间内，求出极小点x。若xm-1，xm+1区间长度满足预定的收敛精度要求，则认为xm是具有满足精度要求的最优点。若不满足精度要求，则将当前区间作为新的搜索区，重复以上步骤，直到满足预先给定的精度为止。特点：结构和程序简单，但效率偏低。二、黄金分割法：原理：按区间缩短率=0.618，在搜索区间a,b内取两个对称点x1，x2,（x1 x2），比较两点所相对应的函数值y1，y2，比较y1，y2，确定新的搜索区间。如此反复切割，使区间逐次地加以缩短。若最终的搜索区间长度满足收敛精度要求，取收缩区间的中点为近似最优点。特点：结构简单，

6、使用可靠，但是效率不高。三、二次插值法：原理：1、在搜索区间a,b内取点x1=a，x2=(a+b)/2，x3=b，得到与其对应的函数值f(xi)。由曲线上的三个点通过待定系数法计算，得到一个确定的二次多项式的函数p(x)。求出插值函数p(x)的极小值点xp。2、极小值点xp所对应的函数值f(xp)记为fp，比较fp和f2，取其中较小者为新的x2，以此点左右两邻点作为新的x1，x2。获得新的搜索区间。3、当两次插值函数的极值点xp（k-1）、xp（k）之间的距离小于预定的精度，则将xp（k）作为一维最优解输出。特点：搜索效率较高，收敛速度快。六、实验报告内容要求1、所选优化方法基本原理简述；2、

7、自编优化方法程序的打印文本；3、考核题计算结果。 4、思考题解答。实验项目名称: 多维无约束优化程序的设计、调试与运用实验项目性质: 普通所属课程名称: 高等机械创新设计实验计划学时: 课内1学时一、实验目的通过本实验使学生了解常用多维无约束优化方法的基本原理和特点，并通过对某种具体方法的编程、调试及验证，加深对该设计方法基本理论的理解，并培养学生计算机编程能力。二、实验内容学生自主从常用的坐标轮换法、鲍威尔法、变尺度法中任选一种,根据算法框图编程或对已有程序进行调试、验证，并对实验指导书中所给多维无约束问题进行求解。三、实验主要仪器设备和材料 计算机四、实验方法、步骤及结果测试1、复习常用多

8、维无约束优化方法的基本理论与基本方法；2、选定某方法，根据其算法框图编程或阅读所提供的程序；3、在计算机上用例题调试、验证；4、用调试好的程序求解下列所给多维无约束优化问题。程序如下：在具体的问题中再将data里的数据进行修改以及将最后F（X）的表达式进行修改，得到答案：变量一的搜索区间：1，10变量二的搜索区间：-2，8収敛精度：EP=10-5 变量一的搜索区间：0，10变量二的搜索区间：1，7収敛精度：EP=10-5 变量一的搜索区间：-3，10变量二的搜索区间：-2，7収敛精度：EP=10-5 五、思考题1、常用多维无约束优化方法有哪些？答：常用多维无约束优化方法有：坐标轮换法、鲍威尔(

9、Powell)法、梯度法、牛顿法、DFP变尺度法、BFGS变尺度法。2、坐标轮换法、鲍威尔法、变尺度法基本原理是什么？各有什么特点？答：一、坐标轮换法：原理：由给定的初始点x（0）作为起点，沿n个坐标轴方向的单位坐标矢量方向进行迭代计算，xi（k）=xi-1（k-1）+i（k）ei，其中i按一维最优步长原则确定。所第k轮迭代的起始点坐标xn（k）、x0（k）之差，满足精度要求，则将作为xn（k）最优解输出；否则，继续进行k+1轮迭代计算。特点：结构简单，易于掌握，计算效率比较低，适用于n10的低维优化问题。二、鲍威尔法：原理：由任选的初始点x0（1）作为起点，先按坐标轮换法的搜索方法，沿n个坐

10、标轴方向的单位坐标矢量方向进行一维搜索，在各自方向上得到一维极小值点xn（k）。由初始点和最末极小值点构成一个新的矢量Sk=xn（k）-x0（k）。若第k轮的始末两点xn（k）、x0（k）的距离满足精度要求，则将作为xn（k）最优解输出；否则，继续进行k+1轮迭代计算。特点：收敛速率较快，适用于维数n20的目标函数，综合效果较好。三、变尺度法：原理：任选初始点x（0），求得目标函数F（x）的梯度g0。沿迭代矢量S（k）=-Akgk做迭代计算，x（k+1）=x（k）+（k）S（k）。按一维最优步长确定。计算x（k+1）的梯度gk+1，若精度要求满足|gk+1|，则将x（k+1）作为最优解输出。否

11、则，将由位移矢量k= x（k+1）- x（k），梯度矢量yk= gk+1-gk，构造矩阵Ak+1=Ak+kkT/kTyk-AkykykTAk/ykTAkyk，重新进行迭代计算，直至满足精度要求。特点：计算工作量大，编制程序复杂；具有二次收敛性，在迭代点接近最优点时收敛速度极快。六、实验报告内容要求1、所选优化方法基本原理简述；2、自编优化方法程序的打印文本；3、考核题计算结果。 4、思考题解答。实验项目名称: 多维有约束优化程序的调试与运用实验项目性质: 普通所属课程名称: 高等机械创新设计实验计划学时: 课内2学时一、实验目的通过本实验使学生了解常用多维有约束优化方法的基本原理和特点，并通过

12、对某种具体方法的程序调试及验证，加深对该设计方法的基本理论的理解，并掌握常用优化程序的使用方法。二、实验内容阅读理解已调试好的复合形法程序，并对该程序加以验证，用该程序对实验指导书中所给多维有约束问题进行求解。三、实验主要仪器设备和材料 计算机四、实验方法、步骤及结果测试1、复习常用多维有约束优化的基本理论与基本方法；2、根据复合形法算法框图阅读理解所提供的程序；3、用例题调试并验证；4、用调试好的程序求解下列多维有约束优化问题。本人使用以下程序：在具体的问题中再将data里面的维数以及约束条件数进行修改，最后将F（X）以及G(N)进行修改，得到结果如下：1变量一的搜索区间：-2，10 变量二的搜索区间：-3，6收敛精度：EP=10-62、变量一的搜索区间：-3，10变量二的搜索区间：-1，6收敛精度：EP=10-63、变量一的搜索区间：-10，10变量二的搜索区间：1，20收敛精度：EP=10-6 五、思考题1、常用多维有约束优化方法有哪些？答：常用多维有约束优化方法有：约束坐标轮换法、约束随机方向法、复合形法、惩罚函数法。2、复合形法基本思想是什么？有什么特点？答：基本思想：在可行域中选取K个点作为一复合形（多面体）的K个顶