优化工具箱1
MATLAB优化工具箱--线性规划-非线性规划
linprog输入参数说明： f, A, b, Aeq, beq lb,ub 边界设置 说明： 如果x(i)无边界，则 lb(i) = -inf, ub(i) = inf
6
linprog 输出参数说明： x 决策变量取值 fval 目标函数最优值
exitflag > 0 成功找到最优解 0 达到最大迭代次数也没有找到最优解 < 0 该线性规划问题不可行或者linprog计
10
fmincon函数求解形如下面的有约束非线性规 划模型
一般形式：
min f ( X ) s.t. AX b
Aeq X beq l X u c(X ) 0 ceq ( X ) 0
Matlab求解有约束非线性最小化 1.约束中可以有等式约束 2.可以含线性、非线性约束均可
数学实验
输入参数语法：
例子：某农场种植两种作物A、B，需要甲、乙两种化肥。种植 每亩作物A和作物B分别需用的化肥数，可得利润及农场现有化
肥数量如下表所示：
问在现有条件下，如何安排种植，才能使利润最大？
作物
每亩所需化肥 （百公斤）
现有化肥
AB （百公斤）
化肥
甲
23
100） 6 4
数学实验
例题建模
[x,fval,exitflag,output,lambda]=fmincon(fun,x0,...)
数学实验
输入参数的几点说明
模型中如果没有A,b,Aeq,beq,lb,ub的限制，则以空矩阵[ ]作为 参数传入； nonlcon：如果包含非线性等式或不等式约束，则将这些函数
编写为一个Matlab函数， nonlcon就是定义这些函数的程序文件名；
3
Matlab优化工具箱指南
Matlab优化工具箱指南介绍：Matlab是一种强大的数值计算和数据分析软件，具备丰富的工具箱来支持各种应用领域的研究与开发。
其中，优化工具箱作为其中一个重要的工具箱，为用户提供了解决优化问题的丰富功能和灵活性。
本篇文章旨在向读者介绍Matlab优化工具箱的使用方法和注意事项，帮助读者更加高效地进行优化问题的求解。
一、优化问题简介在实际应用中，我们经常面临着需要在一些约束条件下，找到最优解的问题。
这类问题被称为优化问题。
优化问题广泛存在于各个研究领域，例如工程设计、金融投资、物流规划等。
Matlab优化工具箱提供了一系列算法和函数，用于求解不同类型的优化问题。
二、优化工具箱基础1. 优化工具箱的安装与加载优化工具箱是Matlab的一个扩展模块，需要进行安装后才能使用。
在Matlab 界面中，选择“Home”->“Add-Ons”->“Get Add-Ons”即可搜索并安装“Optimization Toolbox”。
安装完成后，使用“addpath”命令将工具箱路径添加到Matlab的搜索路径中，即可通过命令“optimtool”加载优化工具箱。
2. 优化问题的建模解决优化问题的第一步是对问题进行建模。
Matlab优化工具箱提供了几种常用的建模方法，包括目标函数表达式、约束条件表达式和变量的定义。
例如，可以使用“fmincon”函数建立一个含有非线性约束条件的优化问题。
具体的建模方法可以根据问题类型和需求进行选择。
三、优化算法的选择Matlab优化工具箱提供了多种优化算法供用户选择，每个算法都适用于特定类型的优化问题。
对于一般的无约束优化问题，可以选择“fminunc”函数结合梯度下降法进行求解。
而对于具有约束条件的优化问题，可以使用“fmincon”函数结合某种约束处理方法进行求解。
在选择优化算法时，需要注意以下几个方面：1. 算法的求解效率。
不同的算法在求解同一个问题时，可能具有不同的求解效率。
MATLAB优化工具箱
MATLAB优化工具箱MATLAB（Matrix Laboratory）是一种常用的数学软件包，广泛用于科学计算、工程设计和数据分析等领域。
MATLAB优化工具箱（Optimization Toolbox）是其中一个重要的工具箱，提供了一系列用于求解优化问题的函数和算法。
本文将介绍MATLAB优化工具箱的功能、算法原理以及使用方法。
对于线性规划问题，优化工具箱提供了linprog函数。
它使用了线性规划算法中的单纯形法和内点法，能够高效地解决线性规划问题。
用户只需要提供线性目标函数和约束条件，linprog函数就能自动找到最优解，并返回目标函数的最小值和最优解。
对于整数规划问题，优化工具箱提供了intlinprog函数。
它使用分支定界法和割平面法等算法，能够求解只有整数解的优化问题。
用户可以指定整数规划问题的目标函数、约束条件和整数变量的取值范围，intlinprog函数将返回最优的整数解和目标函数的最小值。
对于非线性规划问题，优化工具箱提供了fmincon函数。
它使用了使用了一种称为SQP（Sequential Quadratic Programming）的算法，能够求解具有非线性目标函数和约束条件的优化问题。
用户需要提供目标函数、约束条件和初始解，fmincon函数将返回最优解和最优值。
除了上述常见的优化问题，MATLAB优化工具箱还提供了一些特殊优化问题的解决方法。
例如，对于多目标优化问题，可以使用pareto函数找到一组非劣解，使得在目标函数之间不存在改进的解。
对于参数估计问题，可以使用lsqnonlin函数通过最小二乘法估计参数的值，以使得观测值和模型预测值之间的差异最小化。
MATLAB优化工具箱的使用方法非常简单，只需按照一定的规范格式调用相应的函数，即可求解不同类型的优化问题。
用户需要注意提供正确的输入参数，并根据具体问题的特点选择适应的算法。
为了提高求解效率，用户可以根据问题的特点做一些必要的预处理，例如，选择合适的初始解，调整约束条件的松紧程度等。
Optimization Toolbox MATLAB优化工具箱
Optimization Toolbox－－求解常规和大型优化问题Optimization Toolbox 提供了应用广泛的算法集合，用于求解常规和大型的优化问题。
这些算法解决带约束、无约束的、连续的和离散的优化问题。
这些算法可以求解带约束的、无约束的以及离散的优化问题。
工具箱中包含的函数可以用于线性规划、二次规划、二进制整数规划、非线性优化、非线性最小二乘、非线性方程、以及多目标优化等。
用户能够使用这些算法寻找最优解，进行权衡分析，在多个设计方案之间平衡，以及将优化算法集成到算法和模型之中。
主要特点•交互式工具用于定义、求解优化问题，并能监控求解过程•求解非线性优化和多目标优化问题•求解非线性最小二乘，数据拟合和非线性方程•提供了解决二次方程和线性规划问题的方法•提供了解决二进制整数规划问题的方法•某些带约束条件的非线性求解器支持并行运算使用Optimization Toolbox 中的基于梯度的求解器寻找峰值函数（peaks function）的局部最小解。
运用优化工具箱提供的大型线性最小二乘法修复一张模糊的照片。
定义，求解以及评定优化问题优化工具箱提供了解决极小极大值问题的最常用方法。
工具箱包含了常规和大型优化问题的算法，使用户可以利用问题的稀疏结构来求解问题。
用户可以通过命令行或图形用户界面Optimization Tool调用工具箱函数和求解器选项。
通过命令行运行的优化程序(左，调用了定义指标函数（右上）和限定条件方程（右下）的MATLAB文件。
Optimization Tool 是一个将一般优化工作简单化的图形用户界面。
通过该图形用户界面，用户能够完成以下操作：•定义自己的优化问题并选择求解器•配置，检验优化选项和所选求解器的默认设置•运行优化问题，显示中间以及最终结果•在可选择的快速帮助窗口中查看特定求解器的文档•在MATLAB 的工作空间和优化工具之间导入和导出用户问题的定义，算法配置和结果•保存用户工作和使工作自动化，自动生成M 语言代码•调用Global Optimization Toolbox中的求解器使用Optimization Tool 设置并求解的一个优化程序(左)。
优化工具箱
六．优化工具箱（Optimization Toolbox ）简介6．1 优化工具箱的功能及应用步骤1． 基本功能（1） 求解线性规划和二次规划问题；（2） 求解无约束条件非线性的极小值问题；（3） 求解带约束条件非线性的极小值问题；（4） 求解非线性方程组；（5） 求解带约束的线性最小二乘问题；（6） 求解非线性最小二乘逼近和曲线拟合问题。
2． 应用步骤（1） 根据所提出的最优化问题，建立数学模型，确定变量、约束条件合目标函数；（2） 对数学模型进行分析研究，选择合适的最优求解方法；（3） 根据最优化方法的算法，选择最优化函数，编程计算。
6．2优化工具箱的函数使用方法求解线性规划问题（1） 基本模型1122min ..T C xA x b s t A x b lb x ub ≤⎧⎪=⎨⎪≤≤⎩其中x 为向量，A 1, A 2为常数矩阵，C, b 1, b 2 ,lb, ub 均为常数向量。
（2） 数linprog 调用x=linprog(C,A1,b1); %决策变量无上下约束条件，并且只含有“≤“约束条件； x=linprog(C,A1,b1,A2,b2); %决策变量无上下约束条件；x=linprog(C,A1,b1,A2,b2,lb,ub); %决策变量有上下约束条件；[x,fv]=linprog(…); %要求在迭代中同时返回目标函数值； [x,fv,ef]=linprog(…); %要求返回程序结束标志；[x,fv,ef,out]=linprog(…); ％要求返回程序的优化信息；（3） 例子例1 求线性规划问题123min 546z x x x =---subject to首先输入系数C=[-5; -4; -6]A= [1 -1 1;3 2 4;3 2 0]b=[20; 42; 30]lb=zeros(3,1)调用linprog函数[x,fv,ef,out]=linprog(C,A,b,[],[],lb) 输出结果：>> [x,fv,ef,out]=linprog(C,A,b,[],[],lb) Optimization terminated successfully. x =0.000015.00003.0000fv =-78.0000ef =1out =iterations: 6cgiterations: 0algorithm: 'lipsol'例1 求线性规划问题max z=2x1+3x2-5x3s.t. x1+x2+x3=72x1-5x2+x3>=10,x1,x2,x3>=0.首先输入系数C=[-2; -3; 5]A=[-2 5 1]b=-10Aeq=[1 1 1]beq=7lb=zeros(3,1)调用linprog 函数[x,fv,ef,out]=linprog(C,A,b,Aeq,beq,lb)输出结果：>> [x,fv,ef,out]=linprog(C,A,b,Aeq,beq,lb)Optimization terminated successfully.x =6.42860.57140.0000fv =-14.5714ef =1out =iterations: 7cgiterations: 0algorithm: 'lipsol'求解二次规划问题（4） 基本模型 11221min2..T T x Hx C x A x b s t A x b lb x ub +≤⎧⎪≤⎨⎪≤≤⎩ 其中x 为向量，H,A 1, A 2为常数矩阵，C, b 1, b 2 ,lb, ub 均为常数向量。
MATLAB工具箱的使用
MATLAB工具箱的使用MATLAB®是一种强大的科学计算软件，广泛应用于各个领域的数学建模、数据分析、仿真和算法开发等工作中。
为了满足不同领域的需求，MATLAB提供了许多不同的工具箱。
这些工具箱包含了各种不同领域的函数和工具，可以帮助用户更加高效地进行数据处理、模拟和算法开发等工作。
下面将介绍几个常用的MATLAB工具箱，以及它们的使用方法：1.信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）：这个工具箱提供了一系列处理数字信号的函数和工具。
用户可以使用这些函数和工具进行信号滤波、功率谱估计、频谱分析、时间频率分析等操作。
该工具箱还提供了许多基本信号处理算法，如滤波器设计、卷积和相关等。
例如，用户可以使用`filtfilt(`函数对信号进行零相移滤波，以去除噪声。
2.图像处理工具箱（Image Processing Toolbox）：图像处理工具箱提供了一系列处理数字图像的函数和工具。
用户可以使用这些函数和工具进行图像的读取、显示、修改、增强和分析等操作。
该工具箱包含了许多常用的图像处理算法，如图像滤波、边缘检测、形态学处理和图像分割等。
例如，用户可以使用`imread(`函数读取图像，然后使用`imshow(`函数显示图像。
3.控制系统工具箱（Control System Toolbox）：这个工具箱提供了一系列用于分析和设计控制系统的函数和工具。
用户可以使用这些函数和工具进行控制系统的建模、稳定性分析、根轨迹设计和频域分析等操作。
该工具箱还提供了许多常用的控制系统设计方法，如PID控制器设计和状态空间控制器设计等。
例如，用户可以使用`tf(`函数创建传递函数模型，然后使用`step(`函数绘制系统的阶跃响应。
4.优化工具箱（Optimization Toolbox）：优化工具箱提供了一系列用于求解优化问题的函数和工具。
用户可以使用这些函数和工具进行线性规划、非线性规划和整数规划等操作。
MATLAB优化工具箱的用法
MATLAB优化工具箱的用法MATLAB优化工具箱是一个用于求解优化问题的功能强大的工具。
它提供了各种求解优化问题的算法和工具函数，可以用于线性优化、非线性优化、整数优化等不同类型的问题。
下面将详细介绍MATLAB优化工具箱的使用方法。
1.线性优化问题求解线性优化问题是指目标函数和约束条件都是线性的优化问题。
MATLAB 优化工具箱中提供了'linprog'函数来求解线性优化问题。
其基本使用方法如下：[x,fval,exitflag,output,lambda] =linprog(f,A,b,Aeq,beq,lb,ub,options)其中，f是目标函数的系数向量，A和b是不等式约束矩阵和向量，Aeq和beq是等式约束矩阵和向量，lb和ub是变量的下界和上界，options是优化选项。
函数的返回值x是求解得到的优化变量的取值，fval是目标函数的取值，exitflag表示求解的结束状态，output是求解过程的详细信息，lambda是对偶变量。
2.非线性优化问题求解非线性优化问题是指目标函数和约束条件中至少有一个是非线性的优化问题。
MATLAB优化工具箱中提供了'fmincon'函数来求解非线性优化问题。
其基本使用方法如下：[x,fval,exitflag,output,lambda] =fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options)其中，fun是目标函数的句柄或函数，x0是优化变量的初始值，A和b是不等式约束矩阵和向量，Aeq和beq是等式约束矩阵和向量，lb和ub 是变量的下界和上界，nonlcon是非线性约束函数句柄或函数，options 是优化选项。
函数的返回值x是求解得到的优化变量的取值，fval是目标函数的取值，exitflag表示求解的结束状态，output是求解过程的详细信息，lambda是对偶变量。
MATLAB优化工具箱
MATLAB优化工具箱主要包含线性和非线性规划、约束和无 约束优化、多目标和多标准优化、全局和区间优化等功能， 以及用于优化模型构建和结果可视化的工具。
MATLAB优化工具箱的功能
实例
使用MATLAB求解一个简单的非线性规划问题，以最小化一个非线性目标函数，在给定约 束条件下。
使用MATLAB优化工具箱求解约束优化问题
要点一
约束优化问题定义
约束优化问题是一类带有各种约束条 件的优化问题，需要求解满足所有约 束条件的最优解。
要点二
MATLAB求解约束优 化问题的步骤
首先使用fmincon函数定义目标函数 和约束条件，然后调用fmincon函数 求解约束优化问题。
MATLAB优化工具箱的应用领域
MATLAB优化工具箱广泛应用于各种领域，例如生产管 理、金融、交通运输、生物信息学等。
MATLAB优化工具箱可以用于解决一系列实际问题，例 如资源分配、生产计划、投资组合优化、路径规划等。
MATLAB优化工具箱还为各种实际问题的优化提供了解 决方案，例如采用遗传算法、模拟退火算法、粒子群算 法等现代优化算法解决非线性规划问题。
用户可以使用MATLAB中的“parfor”循环来 并行计算，以提高大规模问题的求解速度。
05
MATLAB优化工具箱的优势和不足
MATLAB优化工具箱的优势
01
高效灵活
02
全面的优化方法
MATLAB优化工具箱提供了高效的优 化算法和灵活的使用方式，可以帮助 用户快速解决各种优化问题。
MATLAB优化工具箱包含了多种优化 算法，包括线性规划、非线性规划、 约束优化、无约束优化等，可以满足 不同用户的需求。
ch15-优化工具箱概述
第二篇优化工具箱第15章优化工具箱概述在生活和工作中，人们对于同一个问题往往会提出多个解决方案，并通过各方面的论证从中提取最佳方案。
最优化方法就是专门研究如何从多个方案中科学合理地提取出最佳方案的科学。
由于优化问题无所不在，目前最优化方法的应用和研究已经深入到了生产和科研的各个领域，如土木工程、机械工程、化学工程、运输调度、生产控制、经济规划、经济管理等，并取得了显著的经济效益和社会效益。
用最优化方法解决最优化问题的技术称为最优化技术，它包含两个方面的内容：(1)建立数学模型，即用数学语言来描述最优化问题。
模型中的数学关系式反映了最优化问题所要达到的目标和各种约束条件。
(2)数学求解。
数学模型建好以后，选择合理的最优化方法进行求解。
最优化方法的发展很快，现在以经包含有多个分支，如线性规划、整数规划、非线性规划、动态规划、多目标规划等。
利用MATLAB的优化工具箱，可以求解线性规划、非线性规划和多目标规划问题。
具体而言，包括线性、非线性最小化，最大最小化，二次规划，半无限问题，线性、非线性方程（组）的求解，线性、非线性的最小二乘问题。
另外，该工具箱还提供了线性、非线性最小化，方程求解，曲线拟合，二次规划等问题中大型课题的求解方法，为优化方法在工程中实际应用提供了更方便、快捷的途径。
15.1 优化工具箱中的函数优化工具箱中的函数包括下面几类，即最小化函数（见表15-1）、方程求解函数（见表15-2）、最小二乘（曲线拟合）函数（见表15-3）、实用函数（见表15-4）、大型方法的演示函数（见表15-5）、中型方法的演示函数（见表15-6）。
表15-1 最小化函数表表15-5 大型方法的演示函数表15-2优化函数的变量下面的3个表描述工具箱中优化函数的变量：表15-7描述输入变量，表15-8描述输出变量，表15-9描述优化选项参数结构options。
表15-7 输入变量表表15-8 输出变量表表15-9描述优化参数结构options中的元素。
MATLAB常用工具箱与函数库介绍
MATLAB常用工具箱与函数库介绍1. 引言MATLAB是一款功能强大的数学软件，广泛应用于工程、科学、计算机科学等领域。
在MATLAB中，有许多常用的工具箱和函数库，可以帮助用户解决各种数学计算和数据处理问题。
本文将介绍几个常用的MATLAB工具箱和函数库，帮助读者更好地理解和使用这些工具。
2. 统计工具箱统计工具箱是MATLAB中一个重要的工具箱，用于统计数据的分析和处理。
这个工具箱提供了许多函数，如直方图、概率分布函数、假设检验等等。
读者可以使用统计工具箱来分析数据的分布特征、计算数据的均值和标准差、进行假设检验等。
3. 信号处理工具箱信号处理工具箱是MATLAB中用于处理信号的一个重要工具箱。
它提供了一些常用的函数，如滤波器、谱分析、窗函数等等。
利用信号处理工具箱，读者可以对信号进行滤波、频谱分析、窗函数设计等操作，帮助解决各种与信号处理相关的问题。
4. 优化工具箱优化工具箱是MATLAB中用于求解优化问题的一个重要工具箱。
它提供了一些常用的函数，如线性规划、非线性规划、整数规划等等。
利用优化工具箱，读者可以求解各种优化问题，如优化算法选择、变量约束等。
优化工具箱在生产、物流、金融等领域具有广泛的应用。
5. 控制系统工具箱控制系统工具箱是MATLAB中一个针对控制系统设计和分析的重要工具箱。
它提供了一些常用的函数，如系统模型构建、控制器设计、系统分析等。
利用控制系统工具箱，读者可以构建控制系统模型、设计控制器、进行系统稳定性分析等操作。
这个工具箱在自动化控制领域非常有用。
6. 图像处理工具箱图像处理工具箱是MATLAB中一个用于处理和分析图像的重要工具箱。
它提供了一些常用的函数，如图像滤波、边缘检测、图像分割等等。
利用图像处理工具箱，读者可以对图像进行滤波、边缘检测、目标分割等操作，帮助解决图像处理中的各种问题。
7. 符号计算工具箱符号计算工具箱是MATLAB中一个用于进行符号计算的重要工具箱。
MATLAB中的优化工具箱使用指南
MATLAB中的优化工具箱使用指南导言MATLAB（Matrix Laboratory）是一种高级计算机编程语言和环境，主要用于算法开发、数据分析和可视化。
作为一款强大的科学计算工具，它提供了众多的工具箱，其中之一就是优化工具箱。
本文将为大家介绍如何使用MATLAB中的优化工具箱，以便更好地应用于各种优化问题的求解。
第一节优化问题概述优化问题是指在满足一定约束条件下，寻找一个或一组使目标函数最优化的变量取值。
在现实生活中，我们常常需要优化问题来解决实际的工程、经济等领域中的复杂问题。
例如，运输问题、资源分配问题、最大化收益问题等都可以归结为优化问题。
在MATLAB中，我们可以利用优化工具箱中的函数和算法来解决这些问题。
第二节优化工具箱基本功能优化工具箱为我们提供了一系列功能强大的函数，用于求解不同类型的优化问题。
其中最常用的函数包括：fminbnd、fmincon、fminsearch、linprog等。
下面分别介绍这些函数的基本用法。
1. fminbnd：用于求解一维无约束优化问题，即在一个区间内寻找一个函数的最小值。
例如，我们要求解函数f(x) = x^2在区间[0, 1]上的最小值，可以使用fminbnd函数。
2. fmincon：用于求解多维有约束优化问题。
它需要输入目标函数、约束条件以及初始解等参数，并且可以自定义优化算法。
例如，我们要求解函数f(x) = x1^2 + x2^2在满足约束条件x1 + x2 = 1时的最小值，可以使用fmincon函数。
3. fminsearch：用于求解多维无约束优化问题。
它需要输入目标函数和初始解等参数，并且可以选择不同的优化算法。
例如，我们要求解函数f(x) = x1^2 + x2^2的最小值，可以使用fminsearch函数。
4. linprog：用于线性规划问题的求解，即在一组线性约束条件下求解目标函数的最小值或最大值。
它需要输入目标函数、约束条件以及目标类型（最小化或最大化）等参数，可以返回最优解以及最优目标函数值。
优化工具箱_Optimization_Toolbox(原创)
????
≤
??
????
?
??
????
?
????
?? 首先，输入已知参数：
f = [-9; -5; -6; -4];
A = [6 3 5 2; 0 0 1 1; -1 0 1 0; 0 -1 0 1];
b = [9; 1; 0; 0];
x = fzero(fun,x0,options)
[x,fval] = fzero(...) 2
在[]1,2间找到使余弦函数为0的根 输入：
x = fzero(@cos,[1 2]) 显示： x =
1.5708 32附近找到使下列函数为0的根 3()25fxxx=?? 编程：
0.5000
lambda.lower =
1.0000
0
0
(10) quadprog
1
min
2TT
x
eqeqx
Hxfx
Axb
Axb
lbxub
+
?≤
?=
≤≤ ,,,,eqf
x = quadprog(H,f,A,b,Aeq,beq,lb,ub,x0,options)
[x,fval] = quadprog(...)
2
(1) fsolve
()0
Fx= x是向量，()Fx是返回一个向量的函数
x = fsolve(fun,x0)
x= fminimax (fun, x0, A, b, Aeq, beq, lb, ub, nonlcon)
x= fminimax (fun, x0, A, b, Aeq, beq, lb, ub, nonlcon,
matlab optimization toolbox求解方程
matlab optimization toolbox求解方程摘要：1.MATLAB 优化工具箱简介2.使用MATLAB 优化工具箱求解方程的步骤3.实例：使用MATLAB 优化工具箱求解线性方程组4.结论正文：一、MATLAB 优化工具箱简介MATLAB 优化工具箱（Optimization T oolbox）是MATLAB 的一款强大的数学优化软件包，它为用户提供了丰富的求解最优化问题的工具和函数。
使用MATLAB 优化工具箱，用户可以方便地解决各种复杂的优化问题，例如线性规划、二次规划、非线性规划、最小二乘等。
二、使用MATLAB 优化工具箱求解方程的步骤1.导入MATLAB 优化工具箱：在MATLAB 命令窗口中输入`clc`，清除命令窗口的多余信息，然后输入`optimtoolbox`，回车，即可导入MATLAB 优化工具箱。
2.定义目标函数：根据需要求解的方程，定义相应的目标函数。
例如，求解线性方程组，可以将方程组表示为一个线性目标函数。
3.制定优化参数：根据目标函数和约束条件，设置相应的优化参数，例如优化方法、搜索范围等。
4.调用求解函数：根据优化参数，调用MATLAB 优化工具箱中的求解函数，例如`linprog`、`fmincon`等，求解目标函数的最优解。
5.分析结果：根据求解函数返回的结果，分析目标函数的最优解、约束条件的满足程度等。
三、实例：使用MATLAB 优化工具箱求解线性方程组假设需要求解如下线性方程组：```x + y + z = 62x - y + z = 53x + 2y - z = 4```1.导入MATLAB 优化工具箱：`clc; optimtoolbox`2.定义目标函数：`f = [6; -5; 4];`3.制定优化参数：`A = [1 1 1; 2 -1 1; 3 2 -1]; b = [6; -5; 4]; lb = [0; 0; 0]; ub = [0; 0; 0];`4.调用求解函数：`[x, fval] = linprog(f, [], [], A, b, lb, ub);`5.分析结果：`disp(x);`四、结论通过以上实例，我们可以看到，使用MATLAB 优化工具箱求解线性方程组非常方便。
matlab优化工具箱介绍
• 优化工具箱的结构
• 模型输入时要注意的问题 (1)目标函数最小化 优化函数fminbnd、 fminunc、 fmincon、 fminsearch、 fgoalattain、 fminimax都 要求目标函数最小化。 (2)约束非正 工具箱对非线性不等式约束的格式要求 为Ci(x)≤0。 。
2 优化工具箱 （Optimization Toolbox）
• 优化工具箱主要应用 ①求解无约束条件非线性极小值； ②求解约束条件下非线性极小值，包括目标 逼近问题、极大-极小值问题； ③求解二次规划和线性规划问题； ④非线性最小二乘逼近和曲线拟合； ⑤求解复杂结构的大规模优化问题。
• 优化工具箱的常用函数
求解线性线性规划问题 边界约束条件下的非线性最小化 求解多变量函数的最小化 求解无约束非线性最小化 求解二次规划问题 求解有约束的非线性最小化 求解多目标规划的优化问题 求解最小、最大化问题 linprog fminbnd fminunc fminsearch quadprog fmincon fgoalattain fminimax
lb ≤ x ≤ ub
优化函数：
fminimax
• 多目标规划问题 数学模型：
min imize γ
x, γ
s.t.
F(x) − weight ⋅ γ ≤ goal
C (x ) ≤ 0
Ceq (x) = 0
Aeq ⋅ x = beq
A⋅x≤b
lb ≤ x ≤ ub
优化函数： fgoalattain
3 优化问题简介
• 线性规划问题 数学模型为：min f ′x x∈Rn s.t. A * x ≤ b
Aeq * x = beq
lb ≤ x ≤ ub
matlab优化工具箱简介
目标函数与约束条件设定
目标函数
定义优化问题的目标，例如成本最小化、收 益最大化等。
约束条件
限制决策变量的取值范围，确保解满足特定 要求，如资源限制、时间限制等。
边界条件
设定决策变量的上下界，进一步缩小解空间 。
参数设置及初始化
初始解
为优化算法提供初始解，可加速收敛过程。
算法参数
选择合适的优化算法，并设置相关参数，如 迭代次数、收敛精度等。
fmincon
用于解决非线性规划问题，支持有约束和无约束的情 况，可以处理大规模问题。
fminunc
用于解决无约束非线性规划问题，采用梯度下降法进 行求解。
fminbnd
用于解决单变量非线性最小化问题，可以在指定区间 内寻找最小值。
多目标优化求解器
gamultiobj
用于解决多目标优化问题，采用遗传 算法进行求解，可以处理离散和连续 变量。
而简化问题的求解。
求解精度设置
合理设置求解精度可以避免 因精度过高导致的计算资源 浪费，同时也能保证求解结
果的准确性。
算法收敛性判断
对于某些复杂的优化问题， 可能会出现算法无法收敛的 情况。此时可以尝试调整算 法参数、增加迭代次数或使 用其他算法进行求解。
06
CATALOGUE
总结与展望
本次课程回顾总结
数据预处理
对输入数据进行清洗、转换等预处理操作， 以适应模型要求。
03
CATALOGUE
求解器与算法介绍
线性规划求解器
linprog
用于解决线性规划问题，可以处理有约束和无约束的情况，支持大型问题求解 。
intlinprog
用于解决整数线性规划问题，可以处理整数变量和连续变量的混合问题。
Simulink优化工具箱入门案例演示
Simulink优化工具箱Simulink优化工具箱有五个基本功能：1．参数校准2．系统响应优化3．优化灵敏度分析4．基于优化技术的控制系统设计5．自动生成查表表格通常来说灵敏度分析是说系统各个不确定性源对系统输出的影响。
在优化工具箱里所进行的优化灵敏度分析是指各个优化参数对优化目标的cost function的影响。
所以可以在优化之前进行灵敏度分析，评价各个参数对优化目标的权重。
还可以在优化之后，分析优化结果对优化参数的鲁棒性。
基于优化技术的控制系统设计其实也就是优化控制参数。
下面举例来说明参数校准，系统响应优化以及自动生成查表表格。
参数校准顾名思义，也就是使用参考数据来自动估算模型的参数或者仿真初始状态。
1．模型打开这个内置模型msd_system。
初始位置设置为-0.1待估算参数mbk的当前值示波器Positions里显示三路信号：当前仿真信号pos，第一次实验结果exp1，第二次实验结果exp2。
这里的m,b,k是保存在模型的workspace(注意不是base workspace，而是model workspace)。
仿真结果与实验结果的误差当前m,b,k参数不准确所以需要校准参数两次实验时的初始位置也是不同的2．初步估算我们现在来利用实验结果来自动估算m,k,b的值。
双击模型左下角的橘红色模块，打开预先配置好的参数估算页面。
点击视图标签页调整为左右布局，如下图，同时显示两次的实验结果。
点击红圈内的图标，把当前的仿真结果也同时显示在两张图上，如下图。
点击Select Parameters，看到已选中的估算的参数及其初始值：点击Select Experiments，选择同时使用这两组已经导进来的实验数据进行参数估算（如何导入实验数据参见后面的自动生成查表表格案例）：Cost Function，可以看到还可以选择绝对值误差。
More Option菜单页，还可以选择优化算法以及使用并行运算加快估算过程。
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用MATLAB 优化工具箱解线性规划命令：x=linprog （c ，A ，b ）2、模型： beqAeqX bAX ..min =≤=t s cXz 命令：x=linprog （c ，A ，b ，Aeq,beq ）注意：若没有不等式：b AX ≤存在，则令A=[ ]，b=[ ]. 若没有等式约束, 则令Aeq=[ ], beq=[ ].3、模型：VUBX VLB beqAeqX b AX ..min ≤≤=≤=t s cXz 命令：[1] x=linprog （c ，A ，b ，Aeq,beq, VLB ，VUB ）[2] x=linprog （c ，A ，b ，Aeq,beq, VLB ，VUB, X0）注意：[1] 若没有等式约束, 则令Aeq=[ ], beq=[ ]. [2]其中X0表示初始点4、命令：[x,fval]=linprog(…)返回最优解ｘ及ｘ处的目标函数值fval.例1 max 6543216.064.072.032.028.04.0x x x x x x z +++++=85003.003.003.001.001.001.0..654321≤+++++x x x x x x t s70005.002.041≤+x x10005.002.052≤+x x90008.003.063≤+x x6,2,10 =≥j x j解 编写M 文件小xxgh1.m 如下：c=[-0.4 -0.28 -0.32 -0.72 -0.64 -0.6];A=[0.01 0.01 0.01 0.03 0.03 0.03;0.02 0 0 0.05 0 0;0 0.02 0 0 0.05 0;0 0 0.03 0 0 0.08]; b=[850;700;100;900];Aeq=[]; beq=[];vlb=[0;0;0;0;0;0]; vub=[];[x,fval]=linprog(c,A,b,Aeq,beq,vlb,vub)min z=cXb AX t s≤..1、模型：例2 321436min x x x z ++=120..321=++x x x t s301≥x5002≤≤x203≥x解: 编写M 文件xxgh2.m 如下：c=[6 3 4];A=[0 1 0];b=[50];Aeq=[1 1 1];beq=[120];vlb=[30,0,20];vub=[];[x,fval]=linprog(c,A,b,Aeq,beq,vlb,vub例3 （任务分配问题）某车间有甲、乙两台机床，可用于加工三种工件。
假定这两台车床的可用台时数分别为800和900，三种工件的数量分别为400、600和500，且已知用三种不同车床加工单位数量不同工件所需的台时数和加工费用如下表。
问怎样分配车床的加工任务，才能既满足加工工件的要求，又使加工费用最低？解 设在甲车床上加工工件1、2、3的数量分别为x1、x2、x3，在乙车床上加工工件1、2、3的数量分别为x4、x5、x6。
可建立以下线性规划模型：6543218121110913min x x x x x x z +++++=⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=≥≤++≤++=+=+=+6,,2,1,09003.12.15.08001.14.0500600400x ..654321635241 i x x x x x x x x x x x x t s i 编写M 文件xxgh3.m 如下:f = [13 9 10 11 12 8];A = [0.4 1.1 1 0 0 00 0 0 0.5 1.2 1.3];b = [800; 900];Aeq=[1 0 0 1 0 00 1 0 0 1 00 0 1 0 0 1];beq=[400 600 500];vlb = zeros(6,1);vub=[];[x,fval] = linprog(f,A,b,Aeq,beq,vlb,vub)例4．某厂每日8小时的产量不低于1800件。
为了进行质量控制，计划聘请两种不同水平的检验员。
一级检验员的标准为：速度25件/小时，正确率98%，计时工资4元/小时；二级检验员的标准为：速度15小时/件，正确率95%，计时工资3元/小时。
检验员每错检一次，工厂要损失2元。
为使总检验费用最省，该工厂应聘一级、二级检验员各几名？ 解 设需要一级和二级检验员的人数分别为x1、x2人,则应付检验员的工资为：因检验员错检而造成的损失为：故目标函数为：约束条件为：线性规划模型：编写M 文件xxgh4.m 如下：c = [40;36];A=[-5 -3];b=[-45];Aeq=[];beq=[];212124323848x x x x +=⨯⨯+⨯⨯21211282)%5158%2258(x x x x +=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯2121213640)128()2432(min x x x x x x z +=+++=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥≥≤⨯⨯≤⨯⨯≥⨯⨯+⨯⨯0,0180015818002581800158258212121x x x x x x 213640min x x z +=⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧≥≥≤≤≥+0,01594535 ..212121x x x x x x t svlb = zeros(2,1);vub=[9;15];%调用linprog函数：[x,fval] = linprog(c,A,b,Aeq,beq,vlb,vub)结果为：x =9.00000.0000fval =360即只需聘用9个一级检验员。
Matlab优化工具箱简介1.MATLAB求解优化问题的主要函数2.优化函数的输入变量使用优化函数或优化工具箱中其它优化函数时, 输入变量见下表:3. 优化函数的输出变量下表:4．控制参数options 的设置Options 中常用的几个参数的名称、含义、取值如下:(1) Display : 显示水平.取值为’off ’时,不显示输出; 取值为’iter ’时,显示每次迭代的信息;取值为’final ’时,显示最终结果.默认值为’final ’.(2) MaxFunEvals : 允许进行函数评价的最大次数,取值为正整数.(3) MaxIter : 允许进行迭代的最大次数,取值为正整数控制参数options 可以通过函数optimset 创建或修改。
命令的格式如下：(1) options=optimset(‘optimfun ’)创建一个含有所有参数名,并与优化函数optimfun 相关的默认值的选项结构options.（2）options=optimset(‘param1’,value1,’param2’,value2,...)创建一个名称为options 的优化选项参数,其中指定的参数具有指定值,所有未指定的参数取默认值.(3)options=optimset(oldops,‘param1’,value1,’param2’,value2,...)创建名称为oldops 的参数的拷贝,用指定的参数值修改oldops 中相应的参数.例：opts=optimset(‘Display ’,’iter ’,’TolFun ’,1e-8)该语句创建一个称为opts 的优化选项结构,其中显示参数设为’iter ’, TolFun 参数设为1e-8. 用Matlab 解无约束优化问题一元函数无约束优化问题21),(min x x x x f ≤≤常用格式如下：（1）x= fminbnd (fun,x1,x2)（2）x= fminbnd (fun,x1,x2 ，options)（3）[x ，fval]= fminbnd （...）（4）[x ，fval ，exitflag]= fminbnd （...）（5）[x ，fval ，exitflag ，output]= fminbnd （...）其中（3）、（4）、（5）的等式右边可选用（1）或（2）的等式右边。
函数fminbnd 的算法基于黄金分割法和二次插值法，它要求目标函数必须是连续函数，并可能只给出局部最优解。
例1 求x e f x sin 2-=在0<x<8中的最小值与最大值主程序为wliti1.m:f='2*exp(-x).*sin(x)';fplot(f,[0,8]); %作图语句[xmin,ymin]=fminbnd (f, 0,8)f1='-2*exp(-x).*sin(x)';[xmax,ymax]=fminbnd (f1, 0,8)运行结果：xmin = 3.9270 ymin = -0.0279xmax = 0.7854 ymax = 0.6448例2 对边长为3米的正方形铁板，在四个角剪去相等的正方形以制成方形无盖水槽，问如何剪法使水槽的容积最大？先编写M 文件fun0.m 如下:function f=fun0(x)f=-(3-2*x).^2*x;主程序为wliti2.m:[x,fval]=fminbnd('fun0',0,1.5);xmax=xfmax=-fval运算结果为: xmax = 0.5000,fmax =2.0000.即剪掉的正方形的边长为0.5米时水槽的容积最大,最大容积为2立方米.2、多元函数无约束优化问题标准型为：min F(X)命令格式为:（1）x= fminunc （fun,X0 ）；或x=fminsearch （fun,X0 ）（2）x= fminunc （fun,X0 ，options ）；或x=fminsearch （fun,X0 ，options ）（3）[x ，fval]= fminunc （...）；或[x ，fval]= fminsearch （...）（4）[x ，fval ，exitflag]= fminunc （...）；或[x ，fval ，exitflag]= fminsearch（5）[x ，fval ，exitflag ，output]= fminunc （...）；或[x ，fval ，exitflag ，output]= fminsearch （...）说明:• fminsearch 是用单纯形法寻优. fminunc 的算法见以下几点说明：[1] fminunc 为无约束优化提供了大型优化和中型优化算法。
由options 中的参数LargeScale 控制：LargeScale=’on ’(默认值),使用大型算法 解 设剪去的正方形的边长为x ，则水槽的容积为：x x )23(2-建立无约束优化模型为：min y=-x x )23(2-， 0<x<1.5LargeScale=’off’(默认值),使用中型算法[2] fminunc为中型优化算法的搜索方向提供了4种算法，由options中的参数HessUpdate控制：HessUpdate=’bfgs’（默认值），拟牛顿法的BFGS公式；HessUpdate=’dfp’，拟牛顿法的DFP公式；HessUpdate=’steepdesc’，最速下降法[3] fminunc为中型优化算法的步长一维搜索提供了两种算法，由options中参数LineSearchType控制：LineSearchType=’quadcubic’(缺省值)，混合的二次和三次多项式插值；LineSearchType=’cubicpoly’，三次多项式插•使用fminunc和fminsearch可能会得到局部最优解.例3 min f(x)=(4x12+2x22+4x1x2+2x2+1)*exp(x1)1、编写M-文件fun1.m:function f = fun1 (x)f = exp(x(1))*(4*x(1)^2+2*x(2)^2+4*x(1)*x(2)+2*x(2)+1);2、输入M文件wliti3.m如下:x0 = [-1, 1];x=fminunc(‘fun1’,x0);y=fun1(x)3、运行结果:x= 0.5000 -1.0000y = 1.3029e-10例4 Rosenbrock 函数 f（x1，x2）=100（x2-x12）2+(1-x1)2的最优解（极小）为x*=（1，1），极小值为f*=0.试用不同算法（搜索方向和步长搜索）求数值最优解.初值选为x0=（-1.2 , 2）.1.为获得直观认识，先画出Rosenbrock 函数的三维图形,输入以下命令：[x,y]=meshgrid(-2:0.1:2,-1:0.1:3);z=100*(y-x.^2).^2+(1-x).^2;mesh(x,y,z)2. 画出Rosenbrock 函数的等高线图,输入命令：contour(x,y,z,20)hold onplot(-1.2,2,' o ');text(-1.2,2,'start point')plot(1,1,'o')text(1,1,'solution')3.用fminsearch函数求解输入命令:f='100*(x(2)-x(1)^2)^2+(1-x(1))^2';[x,fval,exitflag,output]=fminsearch(f, [-1.2 2])运行结果:x =1.0000 1.0000fval =1.9151e-010exitflag = 1output =iterations: 108funcCount: 202algorithm: 'Nelder-Mead simplex direct search'4.用fminunc 函数(1)建立M-文件fun2.mfunction f=fun2(x)f=100*(x(2)-x(1)^2)^2+(1-x(1))^2(2)主程序wliti44.m可以看出，最速下降法的结果最差.因为最速下降法特别不适合于从一狭长通道到达最优解的情况.例5产销量的最佳安排某厂生产一种产品有甲、乙两个牌号，讨论在产销平衡的情况下如何确定各自的产量，使总利润最大. 所谓产销平衡指工厂的产量等于市场上的销量.符号说明z(x1,x2)表示总利润；p1，q1，x1分别表示甲的价格、成本、销量；p2，q2，x2分别表示乙的价格、成本、销量；a ij，b i，λi,c i（i，j =1，2）是待定系数.基本假设1．价格与销量成线性关系利润既取决于销量和价格，也依赖于产量和成本。