南京邮电大学2011-12研究生最优化试题标准答案[1]

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南京邮电大学2010-2011学年研究生最优化方法试题

学号 姓名 得分

一、(3%×8)

(1)线性规划

,0 153 22 ..3 min 2121212

1≤≥-=--≤+-x x x x x x t s x x 的对偶规划为

自由变量

2121212

1 ,0 15 33

2 ..2-ax y y y y y y t s y y m ≤-≥-≤+-。

(2)在三维空间3

R 中,集合},1|),,{(222z x y z y x z y x +≥≤++的极点构成的集合为 },1|),,{(222z x y z y x z y x +≥=++ 。

(3)用黄金分割法求解某个函数在区间[-1,3]上的极小点,若要求缩短后的区间的长度不大于原始区间的0.08,则需要迭代的次数为 6

(4)函数65722),,(321212

32221321++--+++=x x x x ax x x x x x x f 为严格凸函数,则

常数a 的取值范围是

||

(6)求函数22

21212),(x x x x f +=的极小点,取T x )1,0()0(=,用最速下降法一步得到的下一迭代点(1)

x

= T )0,0(

(7)对于无约束优化问题min 212122216432x x x x x x ---+,(1,)T p a =为目标函数在点

(0,1)T 的下降方向,则a 的取值范围是 2

7

->a

(8)用内罚函数法(对数罚函数)求解0

x 01 .. min 212221≥≤-+x t s x x ,其增广目标函数为

212

221ln )1ln(x r x r x x ---+ 二、(10%)()f x 为凸集n

D R ⊂上的函数,令(){(,)|,,()}epi f x y x D y R y f x =∈∈≥,证明()f x 为凸函数的充要条件是()epi f 为凸集。

证明:⇒ 任意取两点)(),(),,(2211f epi y x y x ∈,其中,,21D x x ∈,,21R y y ∈,)(11x f y ≥

)(22x f y ≥。R D , 为凸集,R y y D x x ∈-+∈-+∴2121)1(,)1(αααα。)(x f 为凸函数,212121)1()()1()())1((y y x f x f x x f αααααα-+≤-+≤-+∴,,)1((21x x αα-+ ),())1(21f epi y y ∈-+αα)(f epi ∴为凸集。(5分)

⇐ 任取,,21D x x ∈令),(),(2211x f y x f y ==)(),(),,(2211f epi y x y x ∈∴。)(f epi 为凸集,=-+),)(1(),(2211y x y x αα ,)1((21x x αα-+)())1(21f epi y y ∈-+αα,)()1()()1())1((212121x f x f y y x x f αααααα-+=-+≤-+∴为凸函数。由凸函数定义知,)(x f ∴(5分)

三、(10%)设G 为n 阶正定对称矩阵,12,,

,n n u u u R ∈线性无关。k p 按如下方式生成:

11p u =,1111121+++==-=-∑(,,

,)T k

k i

k k i T i i i

u Gp p u p k n p Gp ,证明12,,,n p p p 关于G 共轭。

证明:(1)211

21

21122111

()0T

T T T T

T u Gp p Gp p G u p p Gu u Gp p Gp =-=-=,因此12,p p 关于G 共轭。

(4分)

(2)设,(1)i j p p i j k ≤<≤关于G 共轭,即0()T j i p Gp j i =≠(2分)下证(

1)j p j k ≤≤与1k p +共轭。1111+++==-∑T

k

T T T k i

j

k j

k j i T i i i

u Gp p Gp p Gu p Gp p Gp ,

由于0()T j i p Gp j i =≠,上式等于110++-=T k j

T

T j

k j j T

j

j u Gp p Gu p Gp p Gp 。

(4分) 由归纳法原理,命题成立。

四、(20%)(1)用单纯形方法求解下面的线性规划

,0 2426 1553 ..2- min 2121212

1≥≥≤+≤+-x x x x x x t s x x 。

(2)若在上面的线性规划中要求变量为整数,在相应的整数规划中,请对变量1x 写出对应割平面方程。

(3)根据最后得到的单纯形表,求出该线性规划的对偶问题的最优解。 解:(1)标准型线性规划为

,, 2426 1553 ..2- min 43214213212

1≥=++=++-x x x x x x x x x x t s x x (2分)

判别数非负,最优解为T

)4/3,4/15(,最优值为4/33-(8分) (2)根据单纯型表,有

4

151********=+-

x x x 4331125

1211433x x x x --=--

割平面方程为

012

5

12114343≤--x x 即951143≥+x x (6分)

(3) 根据最后得到的单纯形表,得到该线性规划的对偶问题的最优解

T

T

T B B C y ⎪⎭

⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--==--127,121

1353)1,2()(1

1*注:(1)原理正确,计算错误,若不影响最优基,扣2分,若影响最优基,扣4分 (2)割平面方程基本原理4分,(即计算错误扣2分)

(3)对偶问题的最优解公式2分,结果2

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