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1、优化设计方法实验报告 姓名: 陈 辰学号: 院系: 工 学 院 专业:机械设计制造及其自动化班级:10机制一班第四章 例题function y=OPT_fun0 (x)y=3*x(1)*x(1)-2*x(1)*x(2)+x(2)*x(2);format long;x0=1,1;x,f_opt,c,d=fminsearch(OPT_fun0,x0);x,f_opt结果:x = 1.0e-004 * -0.967 0.638f_opt = 1.1568e-009第四章 课后习题4-1 function y=OPT_fun0(x)y=1.5*x(1)*x(1)+0.5*x(2)*x(2)-x(1)*

2、x(2)-2*x(1);format long;x0=2,2;x,f_opt,c,d=fminsearch(OPT_fun0,x0);x,f_opt,c,d结果:x = 0.938 1.968f_opt = -0.866c = 1d = iterations: 39 funcCount: 77 algorithm: Nelder-Mead simplex direct search用Hession矩阵进行证明:已知f(x)=3/2x(1)*x(1)+1/2x(2)*x(2)-x(1)*x(2)-2x(1)对该函数进行求导:一阶导为:f(x1)=3x(1)-x(2)-2 ; f(x2)=x(2)

3、-x(1) ; 二阶导为:f(x1)=3 ; f(x2) =1 ; f(x1x2)=f(x2x1)=-1;由Hession矩阵判定条件之,令一阶导数值为0,固有f(x1)=3x(1)-x(2)-2=0 ; f(x2)=x(2)-x(1)=0 ;得:x(1)=1 ; x(2)=1该函数的Hession矩阵为: 由该Hession矩阵知,一阶主子式为3 0 ,二阶主子式为:3*1 (-1) * (-1) = 2 0. 所以该Hession矩阵为正定。即可知 X= 1 1 为该函数的极小值点。即可知Matlab软件所算的值是正确的。 function y=OPT_fun0(x)y=x(1)*x(1)

4、+x(1)*x(2)+2*x(2)*x(2)+4*x(1)+6*x(2)+10;format long;x0=0,0;x,f_opt,c,d=fminsearch(OPT_fun0,x0);x,f_opt,c结果:x = -1.050 -1.509f_opt = 3.995c = 1结论:由结果可知该函数的最优点为:X= -1.43 -1.14 故此函数的极值为:fopt = 3.71 function y=a123(x)y=x(1)*x(1)*x(1)+x(1)*x(2)-3*x(2)*x(2)*x(2)+3*x(1)*x(1)+3*x(2)*x(2)-9*x(1);format long;

5、x0=0,0x,f_opt,c,d=fminsearch(a123,x0);x,f_opt,c结果:x0 = 0 0x = 1.122 -0.890f_opt = -5.651c = 1结论:由上述结果知该函数的最优解点为: X = 1.01 -0.14 故此函数的极值为: f_opt = -5.07 function y=a123(x)y=x(1)*x(1)*x(1)*x(1)+2*x(1)*x(1)*x(2)+x(2)*x(2)+x(1)*x(1)-2*x(2)+5;format long;x0=0,0x,f_opt,c,d=fminsearch(a123,x0);x,f_opt,c结果:

6、x0 = 0 0x = 0.060 0.293f_opt = 4.292c = 1结论:由上述结果知该函数的最优解点为: X = 0 1故此函数的极值为: f_opt =4.004-2 function y=OPT_fun0(x)y=4*x(1)*x(2)+4/x(1)+4/x(2);format long;x0=0.5,0.5;x,f_opt,c,d=fminsearch(OPT_fun0,x0);x,f_opt,c结果:x = 1.170 1.736f_opt = 12.536c = 1结论:由上述结果知该函数的最优解点为: X = 1 1 故此函数的极值为: f_opt = 12.004

7、-3function y=OPT_fun1(x)y=x(1)*x(1)-x(1)*x(2)+3*x(2)*x(2);format long;x0=1,1x,f_opt,c,d=fminsearch(OPT_fun1,x0);x,f_opt,c结果:x0 = 1 1x = 1.0e-004 * 0.285 0.731f_opt = 2.6180e-009c = 1结论:有输出的结果可知,最终在x(0)= 0.02 0.31 处约束,且最优解值为:f(x)=2.784-4function y=OPT_fun1(x)y=4+4.5*x(1)-4*x(2)+x(1)*x(1)+2*x(2)*x(2)-

8、2*x(1)*x(2)+x(1)*x(1)*x(1)*x(1)-2*x(1)*x(1)*x(2);format long;x0=-2,2x,f_opt,c,d=fminsearch(OPT_fun1,x0);x,f_opt,c结果:x0 = -2 2x = -1.673 1.556f_opt = -0.577c = 1结论:由上述结果知该函数的最优解点为: X = 1.05 1.03故此函数的极值为: f_opt = -0.514-5function y=OPT_fun1(x)y=x(1)*x(1)+2*x(2)*x(2);format long;x0=1,1x,f_opt,c,d=fmins

9、earch(OPT_fun1,x0);x,f_opt结果:x0 = 1 1x = 1.0e-004 * 0.964 0.544f_opt = 6.9377e-010c = 1结论:由上述结果知该函数的最优解点为: X = 0 0.18 故此函数的极值为: f_opt =6.314-6function y=OPT_fun1(x)y=x(1)*x(1)-x(1)*x(2)+x(2)*x(2)+2*x(1)-4*x(2);format long;x0=2,2x,f_opt,c,d=fminsearch(OPT_fun1,x0);x,f_opt,c结果:x0 = 2 2x = 0.914 2.371f

10、_opt = -3.803c = 1结论:由上述结果知该函数的最优解为: X = 0 2 故此函数的极值为: f_opt = -4.00第五章例题Aeq=;Beq=;f=-60,-120;A=9,4;3,10;4,5;B=360;300;200;LB=zeros(2,1);UB=;X,fopt,key=linprog(f,A,B,Aeq,Beq,LB,UB);X,fopt,key A11Optimization terminated successfully.X = 20.0000 24.0000fopt = -4.0800e+003key = 1第五章课后习题5-1 Aeq=1,1,1,0;

11、1,2,2.5,3;Beq=4;5;f=-1.1,-2.2,3.3,-4.4;A=;B=;LB=zeros(4,1);UB=;X,fopt,key=linprog(f,A,B,Aeq,Beq,LB,UB);X,fopt,key cc2Optimization terminated successfully.X = 3.453 0.539 0.014 0.478fopt = -5.444key = 1结论:由上述结果知该函数的最优点为:X = 4.0 0.0 0.0 0.3故此函数的极小值为: fopt = -5.87 Aeq=;Beq=;f=-7,-12;A=9,4;4,5;3,10;B=36

12、0;200;300;LB=zeros(2,1); UB=;X,fopt,key=linprog(f,A,B,Aeq,Beq,LB,UB);X,fopt,key cc3Optimization terminated successfully.X = 19.513 23.991fopt = -4.9648e+002key = 1结论:由上述结果知该函数的最优解点为:X = 20.0 24.0故此函数的最小值为: f opt = - 4.28e+0025-2Aeq=;Beq=;f=-7000,-12000;A=9,4;4,5;3,10;B=360;200;300;LB=zeros(2,1); UB=

13、;X,fopt,key=linprog(f,A,B,Aeq,Beq,LB,UB);X,fopt,keyOptimization terminated successfully.X = 19.673 23.963fopt = -4.9726e+005key = 1结论:由上述结果知该函数的最优解点为:X = 20.0 24.0故此函数的最小值为: fopt = -4.28e+0055-4Aeq=;Beq=;f=-0.30,-0.15;A=-1,-1;1,1;B=-600;1000;LB=zeros(2,1); UB=800;1200;X,fopt,key=linprog(f,A,B,Aeq,Be

14、q,LB,UB);X,fopt,keyX = 7.976 1.523fopt = -2.9213e+002key = 1结论:由上述结果知该函数的最优解点为:X = 8.0 2.0 故此函数的最小值为: fopt = -2.70e+0025-6Aeq=;Beq=;f=1,-2;A=1,1;-2,-1;B=5;-3;LB=zeros(2,1); UB=;X,fopt,key=linprog(f,A,B,Aeq,Beq,LB,UB);X,fopt,keycc4Optimization terminated successfully.X = 0.734 4.444fopt = -9.153key =

15、 1结论:由上述结果知该函数的最优解点为:X = 0.0 5.0故此函数的最小值为: fopt = -10.005-7Aeq=1,2,1;Beq=6;f=-5,-4,-8;A=5,3,0;2,-1,0;B=15;4;LB=zeros(3,1); UB=;X,fopt,key=linprog(f,A,B,Aeq,Beq,LB,UB);X,fopt,keyOptimization terminated successfully.X = 0.002 0.000 5.997fopt = -47.991key = 1结论:由上述结果知该函数的最优解点为:X = 0.0 0.06.0故此函数的最小值为:

16、fopt = -48.00第六章6-2 已知约束优化问题: min s.t. ,试以,,为复合型的初始点,用复合型法进行二次迭代计算。主程序:function f=exefun(x)f=4*x(1)-x(2)*x(2)-12;function c,ceq=execonfun(x)c=x(1)*x(1)+x(2)*x(2)-25; -x(1); -x(2);ceq=;x0=2,1;lb=0,0;ub=;options=optimset(LargeScale,off,display,iter,tolx,1e-6);x,fval,exitflag,output=fmincon(exefun,x0,l

17、b,ub,execonfun,options)输出结果: max Directional First-order Iter F-count f(x) constraint Step-size derivative optimality Procedure 1 7 -21 0 1 -20 6 2 11 -44.1111 7.111 1 -30.2 5.53 Hessian modified twice 3 15 -37.3937 0.3937 1 6.32 0.409 Hessian modified twice 4 19 -37.0015 0. 1 0.391 0.1 5 23 -37 2.3

18、27e-008 1 0.00153 0.1 Hessian modified 6 27 -37 4.416e-022 1 2.3e-008 4 Hessian modified twice Optimization terminated successfully: Search direction less than 2*options.TolX and maximum constraint violation is less than options.TolConActive Constraints:3x =-0 5fval =-37exitflag =1output = iteration

19、s: 6 funcCount: 27 stepsize: 1 algorithm: medium-scale: SQP, Quasi-Newton, line-search firstorderopt: 4.0000 cgiterations: 6-3用外点法求解下列问题的最优解,并用MATLAB计算下列约束优化问题。 min s.t. ,主程序为:function f=exefun(x)f=x(1)+x(2);function c,ceq=execonfun(x)c=3-x(2); -x(1); x(2);ceq=;x0=2,1;lb=0,0;ub=;options=optimset(Lar

20、geScale,off,display,iter,tolx,1e-6);x,fval,exitflag,output=fmincon(exefun,x0,lb,ub,execonfun,options)输出结果: max Directional First-order Iter F-count f(x) constraint Step-size derivative optimality Procedure 1 7 3.5 1.5 1 0.5 1 infeasible 2 11 3.5 1.5 1 -8.59e-009 1 Hessian modified twice; infeasibleO

21、ptimization terminated: No feasible solution found. Search direction less than 2*options.TolX but constraints are not satisfied.x =2 1.5fval =3.5000exitflag = -1output = iterations: 2 funcCount: 11 stepsize: 1 algorithm: medium-scale: SQP, Quasi-Newton, line-search firstorderopt: 1.0000 cgiterations: 6-4 用内点法求解下列问题的最优解,并用Matlab计算下列约束优化问题。 min s.t. ,主程序为:function f=exefun(x)f=x(1)+x(2);function c,ceq=execonfun(x)c=x(1)*x(1)-x(2);-x(1);ceq=;x

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