Finite Domain Constraint Solver Learning
有限域
定义
f (x).g (x)= ( a j bi -j )x i .
i =0 j =0
M
i
设f (x),g (x) F[x],有 0 (f (x)+g (x)) max ( 0 f (x), 0 g (x)) [什么时候<成立?] 0 (f (x).g (x))= 0 f (x)+ 0 g (x) 由此可推导出: F[x]中的元素对于所定义的加法和乘法不能成为域. 本章将利用域上的多项式,通过多项式求余和 有理分式的方法来构造域.
系理1 设F 是个域,而F0是F 的一个子域.那么F 的零元和单位元 一定都属于F0 ,而且分别就是F0的零元和单位元. 证:设0是F 的零元, 00是F0的零元. 因为00 F ,所以00 0=00 . 又因为00 F0 , 所以00 00 =00 . 由此, 00 0=00 00,所以0=00 . 同样的方法可以证明单位元. 系理2 设F 是个域,a F 而a a 0,那么a -1 0. 证:假定a -1 0, 那么e aa 1 a 0 0, 与域的定义不符.
有 限 域 (Finite Fields)
信息安全实验室
参考书目
• 《代数与编码》万哲先,科学出版社出 版,华中科技大学出版社影印。
• 《有限域》冯克勤,走向数学丛书,湖 南教育出版社。 • 《近世代数》熊全淹,武汉大学出版社。
一、域的基本性质
1.0 有限域的起源
•17世纪起,费尔马(Fermat,1601-1665)、欧拉(Euler,17071783),勒让德(Legendre,1752-1833)和高斯(Gauss,17771855)等大数学家研究数论得到了同余式的许多性质,实质上 也就研究了p元有限域的许多性质。 •第一个明确讨论任意有限域的是法国年青数学家伽罗华 (Galois,1811-1832),1828年《关于五次方程的代数解法问 题》,产生群的概念,1830年《关于数论》在p元有限域的基 础上,利用扩张方法构造了全部可能的有限域。所以有限域 通常也叫伽罗华域。
约束满足问题及其求解方法研究
约束满足问题及其求解方法研究随着现代科技的快速发展,人们对各种求解问题的需求日益增长,其中,约束满足问题是一个相对独特却又十分重要的问题类型。
在此,我们将从定义、特点、应用以及求解方法几个方面谈一谈约束满足问题及其求解方法的相关内容。
一、定义约束满足问题(Constraint Satisfaction Problem,CSP)是指在一定约束条件下,满足对变量的限制(约束条件)的数学问题。
因此,CSP可以被定义为一个元组(X,D,C):X 表示所有的变量集合,D 表示每个变量 x ∈ X 的定义域,C 表示x∈X 的约束集合。
二、特点CSP问题通常具有以下几个特点:1、通用性强:CSP问题可以用于描述各种类型的问题,如图着色和行程问题等。
2、规模大:CSP问题通常涉及到大量的变量和约束,其求解过程相对复杂,因此,系统的设计和求解方法是至关重要的。
3、复杂度高:大多数CSP问题属于NP完全问题,无法在多项式时间内精确地解决,同时,这些问题的求解方法也比较困难。
三、应用CSP的应用非常广泛,以下是其中几个代表性的应用领域。
1、人工智能:CSP可以用于优化问题、机器学习、计算机视觉等人工智能任务。
2、排程问题:CSP可以用于作业坊调度、员工排班等任务中。
3、生产问题:CSP可以用于零件生产、工厂排布等任务中。
4、电子设计自动化:CSP可以用于电路自动布局、芯片设计等任务中。
四、求解方法针对CSP问题的复杂性,目前有多种求解方法,这里简要介绍几种主流的方法。
1、基于启发式算法的方法:启发式算法通常针对CSP问题中的子问题进行求解,能够得到比较好的求解结果,但是求解时间可能较长。
2、基于局部搜索的方法:局部搜索算法的优点在于其求解速度较快,但其无法得到全局最优解,可能只能得到局部最优解。
3、基于约束传播的方法:约束传播算法利用限制传播的策略进行求解,能够得到可行解或确定无解,但是在求解大规模问题方面表现相对不足。
普林斯顿算法
普林斯顿算法
普林斯顿算法是一种用于解决最短路径问题的一种经典算法,也称为迪杰斯特拉算法。
它是一种贪婪算法,逐步构建最短路径树,从起始节点开始,依次选择与当前节点距离最近的节点,并更新该节点到其他节点的距离。
通过不断选择最短路径上的节点,最终得到起点到各个节点的最短路径。
普林斯顿算法的基本步骤如下:
1. 创建一个距离列表distances,用于保存起始节点到各个节点的最短距离,初始值为无穷大(表示未知路径)。
2. 创建一个前驱列表predecessors,用于保存路径上每个节点
的前驱节点,初始值为None。
3. 将起始节点的距离设置为0,即distances[start_node] = 0。
4. 选择距离最短且未被访问的节点作为当前节点。
5. 更新当前节点到邻居节点的距离,如果新的距离比原来的距离小,则更新距离和前驱节点。
6. 标记当前节点为已访问。
7. 重复步骤4-6直到所有节点都被访问。
8. 根据distances和predecessors构建最短路径。
普林斯顿算法的时间复杂度为O(V^2),其中V为节点数。
它
适用于处理节点数不太大的图,但在节点数非常大时,性能可能较差。
为了提高效率,还有一种优化的算法称为堆优化的迪杰斯特拉算法,它使用优先队列来选择最短距离的节点,使得时间复杂度降为O((V+E)logV),其中E为边数。
Simulink——求解器(Solver)相关理论
1.变步长(Variable—Step)求解器可以选择的变步长求解器有:ode45,ode23,ode113,odel5s,ode23s和discret.缺省情况下,具有状态的系统用的是ode45;没有状态的系统用的是discrete.1)ode45基于显式Runge—Kutta(4,5)公式,Dormand—Prince对.它是—个单步求解器(solver)。
也就是说它在计算y(tn)时,仅仅利用前一步的计算结果y(tn-1).对于大多数问题.在第一次仿真时、可用ode45试一下.2)ode23是基于显式Runge—Kutta(2,3).Bogackt和Shampine对.对于宽误差容限和存在轻微刚性的系统、它比ode45更有效一些.ode23也是单步求解器.3)odell3是变阶Adams-Bashforth—Moulton PECE求解器.在误差容限比较严时,它比ode45更有效.odell3是一个多步求解器,即为了计算当前的结果y(tn),不仅要知道前一步结果y(tn-1),还要知道前几步的结果y(tn-2),y(tn-3),…;4)odel5s是基于数值微分公式(NDFs)的变阶求解器.它与后向微分公式BDFs(也叫Gear方法)有联系.但比它更有效.ode15s是一个多步求解器,如果认为一个问题是刚性的,或者在用ode45s时仿真失败或不够有效时,可以试试odel5s。
odel5s是基于一到五阶的NDF 公式的求解器.尽管公式的阶数越高结果越精确,但稳定性会差一些.如果模型是刚性的,并且要求有比较好的稳定性,应将最大的阶数减小到2.选择odel5s求解器时,对话框中会显示这一参数.可以用ode23求解器代替。
del5s,ode23是定步长、低阶求解器.5)ode23s是基于一个2阶改进的Rosenbrock公式.因为它是一个单步求解器,所以对于宽误差容限,它比odel5s更有效.对于一些用odel5s不是很有效的刚性问题,可以用它解决.6)ode23t是使用“自由”内插式梯形规则来实现的.如果问题是适度刚性,而且需要没有数字阻尼的结果,可采用该求解器.7)ode23tb是使用TR—BDF2来实现的,即基于隐式Runge—Kutta公式,其第一级是梯形规则步长和第二级是二阶反向微分公式.两级计算使用相同的迭代矩阵.与ode23s相似,对于宽误差容限,它比odtl5s更有效.8)discrete(变步长)是simulink在检测到模型中没有连续状态时所选择的一种求解器.====================================================================== ===================2.定步长(Flxed—Step)求解器可以选择的定步长求解器有:ode5,ode4,ode3,ode2,ode1和discrete.1)ode5是ode45的一个定步长版本,基于Dormand—Prince公式.2)ode4是RK4,基于四阶Runge—Kutta公式.3) ode3是ode23的定步长版本,基于Bogacki-Sbampine公式.4) ode2是Heun方法,也叫作改进Euler公式.5) odel是Euler方法.6) discrete(定步长)是不执行积分的定步长求解器.它适用于没有状态的模型,以及对过零点检测和误差控制不重要的模型.====================================================================== ===================3.诊断页(Diagnostics)可以通过选择Simulation Parameters对话框的Diagnostics标签来指明在仿真期间遇到一些事件或者条件时希望执行的动作.对于每一事件类型,可以选择是否需要提示消息,是警告消息还是错误消息.警告消息不会终止仿真,而错误消息则会中止仿真的运行.(1)一致性检查一致性检查是一个调试工具.用它可以验证Simulink的0DE求解器所做的某些假设.它的主要用途是确保s函数遵循Simulink内建模块所遵循的规则.因为一致性检查会导致性能的大幅度下阵(高达40%),所以一般应将它设为关的状态.使用一致性检查可以验证s函数,并有助于确定导致意外仿真结果的原因.为了执行高效的积分运算,Simulink保存一些时间步的结果,并提供给下一时间步使用.例如,某一时间步结束的导数通常可以放下一时间步开始时再使用.求解器利用这一点可以防止多余的导数运算.一致性检查的另一个目的是保证当模块被以一个给定的t(时间)值调用时.它产生一常量输出.这对于刚性求解器(ode23s和odel5s)非常重要,因为当计算Jacobi行列式时.模块的输出函数可能会被以相同的t值调用多次.如果选择了一致性检查,Simulink置新计算某些值,并将它们与保存在内存中的值进行比较,如果这些值有不相同的,将会产生一致性错误.Simulink比较下列量的计算值:1)输出;2)过零点3)导数;4)状态.(2)关闭过零点检测可以关闭一个仿真的过零点检测.对于一个有过零点的模型,关闭过零点检测会加快仿真的速度,但是可能影响仿真结果的精度.这一选项关闭那些本来就有过零点检测的模块的过零点检测.它不能关闭Hir crossing模块的过零点检测.(3)关闭优化I/O存储选择该选项,将导致Simulink为每个模块约I/()值分配单独的缓存,而不是重新利用援存.这样可以充分增加大模型仿真所需内存的数量.只有需要调试模型时才选择该选项.在下列情况下,应当关闭缓存再利用;1)调试一个C-MEX S-函数;2)使用浮点scope或display模块来察看调试模型中的信号.如果缓存再利用打开,并且试图使用浮点scope或display模块来显示缓存已被再利用的信号,将会打开一个错误对话框.(4)放松逻辑类型检验选择该选项,可使要求逻辑类型输入的模块接受双精度类型输入.这样可保证与Simulink 3版本之前的模型的兼容性.====================================================================== ===================4.提高仿真性能和精度仿值性能相精度由多种因素决定,包括模型的设计和仿真参数的选择.求解器使用它们的缺省参数值可以使大多数模型的仿真比较精确有效,然而,对于一些模型如果调整求解器相仿真参数将会产生更好的结果.而且,如果对模型的性能比较熟悉,并且将这些信息提供给求解器,得到的仿真效果将会提高。
偏微分方程的有限元法
第五章 偏微分方程的有限元法
有限元法特点有限元法的物理意义直观明确,理论完整可靠。 因为变分原理描述了支配物理现象的物理学中的最小作用原理(如力学中的最小势能原理)。 优异的解题能力。有限元法对边界几何形状复杂以及媒质物理性质变异等复杂物理问题求解上,有突出优点: ① 不受几何形状和媒质分布的复杂程度限制。 ②不必单独处理第二、三类边界条件。 ③ 离散点配置比较随意,通过控制有限单元剖分密度和单元插值函数的选取,可以充分保证所需的数值计算精度。
有限元法于上世纪50年代首先在力学领域-----飞机结构的静、动态特性分析中得到应用,随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。有限元法主要用于求解拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各类物理场中。
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第五章 偏微分方程的有限元法
有限元法---变分原理
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5.1 泛函与变分原理
数学上,通常自变量与因变量间的关系称为函数,而泛函则是函数集合的函数,也就是函数的函数,即自变量为函数,而不是变量。
5.1.1 泛函的定义 泛函通常是指一种定义域为函数,而值域为实数的“函数”。 设C是函数的集合,B是实数集合。如果对C中的任一元素y(x),在B中都有一个元素J与之对应,则称J为y(x)的泛函,记为J[y(x)]。
5.1.3 泛函的变分
定义最简泛函
F(x,y,y’)称为泛函的“核函数”
泛函的变分
最简泛函: 核函数只包含自变量 x、未知函数y(x)以及导数y’(x)
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5.1 泛函与变分原理
利用二元函数的泰勒展开
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5.1 泛函与变分原理
其中
分别称为泛函的一阶变分和二阶变分。
连续变量的优化算法
连续变量的优化算法
连续变量的优化算法是指用于解决连续变量优化问题的算法。
这些算法通常用于寻找使目标函数达到最优的连续变量值。
常见的连续变量优化算法有:
1.梯度下降法:梯度下降法是一种常用的连续变量优化算法,它通过迭代地沿着函数梯度的负方向寻找最优解。
2.牛顿法:牛顿法是一种基于函数二阶导数的优化算法,它通过迭代地求解方程来找到最优解。
3.拟牛顿法:拟牛顿法是牛顿法的改进,它通过构造一个近似于函数二阶导数的矩阵来加速牛顿法的收敛速度。
4.共轭梯度法:共轭梯度法是一种结合了梯度下降法和牛顿法的算法,它通过迭代地沿着共轭方向寻找最优解。
5.遗传算法:遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法,它通过模拟自然选择和遗传机制来寻找最优解。
6.模拟退火算法:模拟退火算法是一种基于物理退火过程的优化算法,它通过随机地探索解空间来寻找最优解。
有限元方法的发展及应用
有限元⽅法的发展及应⽤有限元⽅法的发展及应⽤摘要:有限元法是⼀种⾼效能、常⽤的计算⽅法。
有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的,所以它⼴泛地应⽤于以拉普拉斯⽅程和泊松⽅程所描述的各类物理场中。
⾃从1969年以来,某些学者在流体⼒学中应⽤加权余数法中的迦辽⾦法或最⼩⼆乘法等同样获得了有限元⽅程,因⽽有限元法可应⽤于以任何微分⽅程所描述的各类物理场中,⽽不再要求这类物理场和泛函的极值问题有所联系。
基本思想:由解给定的泊松⽅程化为求解泛函的极值问题。
1有限元法介绍1.1有限元法定义有限元法(FEA,Finite Element Analysis)的基本概念是⽤较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它是起源于20世纪50年代末60年代初兴起的应⽤数学、现代⼒学及计算机科学相互渗透、综合利⽤的边缘科学。
有限元法的基本思想是将求解域看成是由许多称为有限元的⼩的互连⼦域组成,对每⼀单元假定⼀个合适的(较简单的)近似解,然后推导求解这个域总的满⾜条件(如结构的平衡条件),从⽽得到问题的解。
这个解不是准确解,⽽是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于⼤多数实际问题难以得到准确解,⽽有限元不仅计算精度⾼,⽽且能适应各种复杂形状,因⽽成为⾏之有效的⼯程分析⼿段。
有限元法最初应⽤在⼯程科学技术中,⽤于模拟并且解决⼯程⼒学、热学、电磁学等物理问题。
1.2有限元法优缺点有限元⽅法是⽬前解决科学和⼯程问题最有效的数值⽅法,与其它数值⽅法相⽐,它具有适⽤于任意⼏何形状和边界条件、材料和⼏何⾮线性问题、容易编程、成熟的⼤型商⽤软件较多等优点。
(1)概念浅显,容易掌握,可以在不同理论层⾯上建⽴起对有限元法的理解,既可以通过⾮常直观的物理解释来理解,也可以建⽴基于严格的数学理论分析。
(2)有很强的适⽤性,应⽤范围极其⼴泛。
它不仅能成功地处理线性弹性⼒学问题、费均质材料、各向异性材料、⾮线性应⽴-应变关系、⼤变形问题、动⼒学问题已及复杂⾮线性边界条件等问题,⽽且随着其基本理论和⽅法的逐步完善和改进,能成功地⽤来求解如热传导、流体⼒学、电磁场等领域的各类线性、⾮线性问题。
有限元法与偏微分方程的数值解法
有限元法与偏微分方程的数值解法在现代科学技术中,物理和工程问题通常涉及到方程的解析解。
然而,有很多复杂的问题,没有精确的解析解。
在这些情况下,我们可以使用数值方法来解决问题。
其中,有限元法(Finite Element Method,FEM)被广泛应用于求解偏微分方程(Partial Differential Equation,PDE)的数值解法。
有限元法是一种数值解法,用于解决连续介质(如固体、液体和气体)的差分方程。
它通常涉及将整个计算域分成许多小区域,称为有限元。
这些有限元被视为形状简单的几何单元(如三角形、四边形、六边形等),并且为每个元素分配了未知值。
在有限元方法中,偏微分方程被转换为一个离散方程,其中未知数在局部有限元中定义。
该方法通常涉及将初始有限元网格粗略地分配到整个计算区域,以构建数值解的近似值。
我们可以使用数学方法,如高斯消元法或迭代方法,来求解这个离散的线性系统。
有限元方法在许多领域中发挥着重要作用,包括结构力学、流体力学、电磁学、信息学和生物工程等。
它可以用于求解几乎所有类型的PDE,例如:椭圆、双曲和抛物型等。
在有限元方法中,解取决于网格的精度。
对于较小的网格,精度较高,但计算时间较长;反之亦然。
因此,在选择网格时需要进行权衡。
此外,一个好的网格应该是稳定的,能够保证数值解的收敛性和精度。
一些常见的有限元方法包括:显式和隐式欧拉方法、二阶Runge-Kutta 方法和高阶方法等。
这些方法主要涉及将初始条件和边界条件应用到整个计算区域。
作为一种广泛使用的数值解法,有限元法已经成为许多计算机辅助工程计算软件的主要工具,例如有限元分析软件 ANSYS 等。
此外,计算机的性能提高了许多,使得我们能够处理更多的网格和更大的计算域。
结论有限元法是一种强大的数值解法,可用于求解广泛的物理和工程问题。
然而,对于不同的应用,有不同的适用条件和精度要求。
因此,在设计计算方案之前,需要进行仔细的分析和权衡,以确保最终的数值解具有良好的收敛性和精度。
弗洛伊德算法的限制条件
弗洛伊德算法的限制条件
弗洛伊德算法是一种用于求解最短路径的经典算法,它的时间复杂度
为O(n^3),在实际应用中有一些限制条件。
首先,弗洛伊德算法只适用于有向图或无向图中不存在负权回路的情况。
如果存在负权回路,算法将无法得出正确的最短路径,因为负权
回路会导致路径长度无限缩小。
其次,弗洛伊德算法对于稠密图的计算效率较高,但对于稀疏图则效
率较低。
因为算法需要对每一对顶点进行计算,如果图中顶点数量较少,计算量就会很大。
另外,弗洛伊德算法对于大规模图的计算效率也较低。
因为算法的时
间复杂度为O(n^3),当图的规模较大时,计算量将会非常大,导致算法的运行时间较长。
最后,弗洛伊德算法只能求解最短路径的长度,无法得出具体的路径。
如果需要得出具体的路径,需要在算法中增加一些额外的处理步骤。
总之,弗洛伊德算法虽然是一种经典的最短路径算法,但在实际应用
中也存在一些限制条件。
在使用算法时,需要根据具体情况进行选择,并注意算法的时间复杂度和计算效率。
有限元方法编程
有限元方法编程
有限元方法(Finite Element Method,简称FEM)是一种广泛应用于工程领域和科学计算的数值计算方法。
它的基本思想是将连续的求解区域离散化为由有限个单元组成的集合,并在每个单元上定义近似函数,通过这些近似函数的线性组合来逼近真实的解。
在编程实现有限元方法时,通常需要遵循以下步骤:
1. 定义求解域的离散化:将求解域划分为有限个小的单元,每个单元可以是三角形、四边形、四面体等。
2. 定义单元的近似函数:在每个单元上定义一个近似函数,该函数能够描述该单元上的未知量。
3. 建立整体方程:通过将所有单元的近似函数组合起来,并应用边界条件和物理方程,建立整体方程。
4. 求解整体方程:使用适当的数值方法(如高斯消元法、迭代法等)求解整体方程,得到每个单元上的未知量的近似值。
5. 整合结果:将每个单元上的未知量的近似值整合起来,得到整个求解域上的近似解。
在编程实现有限元方法时,需要使用适当的编程语言和软件包。
例如,Python中的SciPy、NumPy和FEniCS等库提供了丰富的有限元方法和工具,可以方便地实现有限元方法的编程。
此外,一些专业的有限元分析软件如ANSYS、SolidWorks
Simulation等也提供了强大的有限元分析功能,可以方便地实现复杂的有限元分析。
有限单元法知识点总结
有限单元法知识点总结1. 有限元法概述有限单元法(Finite Element Method ,简称FEM)是一种数值分析方法,适用于求解工程结构、热传导、流体力学等领域中的强耦合、非线性、三维等问题,是一种求解偏微分方程的数值方法。
有限元法将连续的物理问题抽象为由有限数量的简单几何单元(例如三角形、四边形、四面体、六面体等)组成的离散模型,通过对单元进行适当的数学处理,得到整体问题的近似解。
有限元法广泛应用于工程、材料、地球科学等领域。
2. 有限元法基本原理有限元法的基本原理包括离散化、加权残差法和形函数法。
离散化是将连续问题离散化为由有限数量的简单单元组成的问题,建立有限元模型。
加权残差法是选取适当的残差形式,并通过对残差进行加权平均,得到弱形式。
形函数法是利用一组适当的形函数来表示单元内部的位移场,通过形函数的线性组合来逼近整体位移场。
3. 有限元法的步骤有限元法的求解步骤包括建立有限元模型、建立刚度矩阵和载荷向量、施加边界条件、求解代数方程组和后处理结果。
建立有限元模型是将连续问题离散化为由简单单元组成的问题,并确定单元的连接关系。
建立刚度矩阵和载荷向量是通过单元的应变能量和内力作用,得到整体刚度矩阵和载荷向量。
施加边界条件是通过给定位移或力的边界条件,限制未知自由度的取值范围。
求解代数方程组是将有限元模型的刚度方程和载荷方程组成一个大型代数方程组,通过数值方法求解。
后处理结果是对数值结果进行处理和分析,得到工程应用的有用信息。
4. 有限元法的元素类型有限元法的元素类型包括结构单元、板壳单元、梁单元、壳单元、体单元等。
结构单元包括一维梁单元、二维三角形、四边形单元、三维四面体、六面体单元。
板壳单元包括各种压力单元、弹性单元、混合单元等。
梁单元包括梁单元、横梁单元、大变形梁单元等。
壳单元包括薄壳单元、厚壳单元、折叠单元等。
体单元包括六面体单元、锥体单元、八面体单元等。
5. 有限元法的数学基础有限元法的数学基础包括变分法、能量方法、有限元插值等。
Non-intrusive constraint solver enhancements
( vi = a i ) → vj = a j
The left hand side of the implication constitutes an eliminating explanation for the removal of value aj from the domain of variable vj and is noted expl(vj = aj ). Classical csp solvers use domain-reduction techniques (removal of values). Recording eliminating explanations is sufficient to compute contradiction explanations. Indeed, a contradiction is identified when the domain of a variable vj is emptied. A contradiction explanation can easily be computed with the eliminating explanations associated with each removed value: C ¬
a∈d(vj )
expl(vj = a)
There exist generally several eliminating explanations for the removal of a given value. Recording all of them leads to an exponential space complexity. Another technique relies on forgetting (erasing) eliminating explanations that are no longer relevant2 to the current variable assignment. By doing so, the space complexity remains polynomial.
solver函数
solver函数solver函数是Excel中的一个重要函数,能够帮助用户解决各种不等式、线性规划、非线性规划等复杂的数学模型问题。
本文将详细介绍solver函数的作用、语法和使用方法,并结合实例演示其具体应用。
一、solver函数的作用Excel中的solver函数是一款求解规划问题的插件,能够根据用户输入的变量之间的约束条件,最小化或最大化目标函数的值,并求出解的具体数值。
与其他求解器不同之处在于,solver函数具有自适应算法,能够在多种情况下求解问题,适用性很强。
大多用于线性规划、非线性规划和混合规划等数学模型的求解。
二、solver函数的语法solver函数的语法为:solver(add, prod, cons, method, opt, rhs)各参数的含义如下:add:表示目标函数,是一个引用或数组公式,用于表示最小化或最大化的目标函数。
prod:表示变量单元格区域,即待求解的变量值所在的单元格区域。
cons:表示约束条件,是一个引用或数组公式,用于表示各种不等式条件。
method:表示求解方法,有“规划求解”、“智能搜索”、“演化求解”等几种选择。
opt:表示可选参数,可以选用多种求解参数,如最大迭代次数等。
rhs:表示目标约束值,是一个引用或数组公式,用于表示约束条件中的目标值。
三、solver函数的使用方法及实例演示下面将通过几个实例演示solver函数的使用方法,帮助读者更好地理解其具体应用。
例1:简单线性规划某工厂最近发现下列生产情况:每天生产A产品10吨,每吨利润500元;每天生产B 产品12吨,每吨利润400元。
现在该工厂需要在产量有限(不超过100吨)的情况下,最大化总收益,求产A和产B的吨数。
步骤:1、建立一个工作表,填入数据。
2、建立目标函数:在单元格C1处输入“=B1*500+B2*400”,表示目标函数为总所得收益,即产品A的产量为B1吨,产品B的产量为B2吨,每吨收益分别为500元和400元。
离散数学有限状态自动机模型解析
离散数学有限状态自动机模型解析在离散数学中,有限状态自动机(Finite State Automaton)是一种用来描述计算机程序、电路系统、语言识别等问题的数学模型。
它由一组有限的状态、输入字符集合、转移函数和初始状态组成。
本文将对有限状态自动机的定义、特性以及应用进行解析。
一、有限状态自动机的定义有限状态自动机包含以下几个要点:1. 状态集合:有限状态自动机的状态是相互独立的,即在任意时刻,有限状态自动机处于某一个状态。
2. 输入字符集合:输入字符集合包含了有限状态自动机可以接受的输入字符。
在有限状态自动机的运行过程中,每次都接受一个输入字符。
3. 转移函数:转移函数定义了有限状态自动机状态间的转移关系。
对于当前状态和输入字符,转移函数确定了下一个状态。
4. 初始状态:初始状态是有限状态自动机开始运行时的起始状态。
二、有限状态自动机的特性有限状态自动机具有以下几个特性:1. 确定性:在有限状态自动机的转移函数中,对于给定的当前状态和输入字符,只能有一个下一个状态。
确定性保证了有限状态自动机在运行时的唯一性。
2. 非确定性:有限状态自动机还可以具有非确定性,即在转移函数中,对于给定的当前状态和输入字符,可以有多个下一个状态。
非确定性使得有限状态自动机具有更强大的计算能力。
3. 等价性:两个有限状态自动机在接受相同的输入字符序列时,若最终处于相同的状态,则它们是等价的。
4. 完全性:有限状态自动机是完全的,当且仅当对于任意状态和输入字符,转移函数中都存在定义的下一个状态。
完全性保证了有限状态自动机在任意时刻都有明确的状态。
三、有限状态自动机的应用有限状态自动机在计算机科学和工程领域有着广泛的应用,下面以两个具体的例子来说明:1. 词法分析器:编译器中的词法分析器主要负责将源代码转换为标记序列。
有限状态自动机可以用来描述词法分析器,不同的状态对应不同的标记。
2. 文本搜索:在文本搜索引擎中,有限状态自动机可以用来匹配模式串。
c++ finite differences有限差分法
c++ finite differences有限差分法有限差分法(finite difference method)是一种常用的数值计算方法,用于解决偏微分方程(PDEs)和边界值问题(BVPs)。
在C++中实现有限差分法,可以按照以下步骤进行:1. 定义问题的离散网格,即问题的域和时间维度。
可以使用一维、二维或三维数组来表示网格。
2. 初始化网格的初始条件和边界条件。
3. 根据问题的离散化方程,使用差分近似法将偏微分方程转化为差分方程。
这通常涉及到将问题的导数近似成有限差分的形式。
4. 使用迭代算法(如Jacobi,Gauss-Seidel等)或其他求解方法,求解差分方程。
迭代算法将差分方程的离散节点上的值更新到下一个时间步。
5. 重复步骤4,直到达到所需的精度或时间步长。
下面是一个简单示例,演示了如何使用有限差分法求解一维热传导方程。
假设我们要求解以下方程:∂u/∂t = α * ∂²u/∂x²其中,α是热扩散系数,u是温度。
#include <iostream>const double alpha = 0.1; // 热扩散系数const double dt = 0.001; // 时间步长const double dx = 0.01; // 空间步长const int nx = 100; // 网格点数const int nt = 1000; // 时间步数int main() {double u[nx]; // 温度数组// 初始化初始条件for (int i = 0; i < nx; i++) {u[i] = 0.0;}u[nx / 2] = 1.0;// 使用有限差分法迭代求解for (int t = 0; t < nt; t++) {double u_new[nx]; // 下一个时间步的温度数组// 边界条件u_new[0] = 0.0;u_new[nx - 1] = 0.0;// 求解差分方程for (int i = 1; i < nx - 1; i++) {u_new[i] = u[i] + alpha * dt / (dx * dx) * (u[i-1] - 2 * u[i] +}// 更新温度数组for (int i = 0; i < nx; i++) {u[i] = u_new[i];}}// 输出结果for (int i = 0; i < nx; i++) {std::cout << u[i] << " ";}std::cout << std::endl;return 0;}```这个示例使用一个一维数组来表示温度场,使用中心差分法近似导数。
有限元方法编程范文
有限元方法编程范文有限元方法(Finite Element Method,简称FEM)是一种数值分析方法,用于求解连续介质的强度、振动、流体、热传导等问题。
它是一种将物理问题转化为代数方程组的方法,通过将解域(问题的空间范围)离散化为许多小单元,再对这些小单元进行处理,最终得到整个解域的近似解。
1.离散化:首先将解域进行离散化,将其分割为许多小单元,称为有限元单元。
这些单元可以是一维线段、二维三角形或四边形、三维四面体等形状。
通过适当的划分精度和方法,确定离散化的步长,使得在每个单元上的近似解足够接近精确解。
2.定义变量:根据问题的性质和假设,定义相应的物理量和变量。
例如,对于强度分析问题,可以定义位移、应力、应变等变量。
将这些变量表示为一个向量,并对其进行数值处理。
3.得到局部方程:根据物理方程和边界条件,利用数学方法得到每个单元上的局部方程。
这些局部方程可以表示为刚度矩阵和载荷向量的形式。
刚度矩阵描述了每个单元上的物理性质和相互作用关系。
4.组装全局方程:将所有单元上的局部方程组装成全局方程。
这需要将单元之间的连续性纳入考虑,以确保解域的连续性。
这样可以得到一个大规模的代数方程组,以求解未知变量。
5.施加边界条件:根据问题的边界条件,将其施加到全局方程中。
常见的边界条件有位移边界条件、力边界条件和自然边界条件等。
6.求解代数方程组:使用适当的数值求解方法,例如高斯消元法、迭代法或者直接法,对代数方程组进行求解。
由于求解的规模很大,可能需要采用优化算法和并行计算技术来提高效率。
7.后处理结果:将求解得到的数值结果转化为工程可分析的形式,例如绘制等值线、曲线或进行一些定量的计算。
这些结果可以用来评估结构的强度、振动特性等。
有限元方法的编程实现可以使用不同的编程语言和软件工具。
常用的编程语言包括C、C++、Fortran和Python等。
一些流行的软件包,如ANSYS和ABAQUS,提供了用户友好的界面和功能强大的求解器,可以方便地进行有限元分析。
有限域上一类方程解数的直接公式
有限域上一类方程解数的直接公式
自守函数形式表示的系数Finite Field上一类方程解数的直接公式如下:
X=f(a),其中x是未知数,f(a)是Finite Field上一类有限多项式。
考虑具有m阶n 次,即以下多项式:
f(a)=c_0 + c_1a +c_2 a^2+c_3 a^3+......+c_man^m
其中a是Finite Field上的元素,c_i(i=0,1,…,m)是常数。
若有通解的话,可以写成:
这里a_0是Finite Field中满足f(a_0)=0的元素,p是Finite Field上有限域的定义域大小。
通过简单的分析可知,x≡(c_0+c_1 a_0+c_2 a_0^2+…+c_m a_0^m)mod p 就是多项式f(a)在Finite Field上一类方程解数的直接公式。
此证明也可以用来求解Finite Field上的n 次多项式的通解,也称为系数Finite Field上一类方程通解。
当x等于f(a)的值时,即可求出f(a_0)的值,即得到方程的解。
5 无约束最优化方法
在数学中,海森矩阵(Hessian matrix 或 Hessian)是一个自变量为向量的实值函数 的二阶偏导数组成的方块矩阵,此函数如下:
如果 f 所有的二阶导数都存在,那么 f 的海 森矩阵即:
H(f)ij(x) = DiDjf(x)
阻尼牛顿法
基本牛顿法对于一般非线性函数求解可能失 效的缺陷可以通过在迭代中引入步长因子和 一维搜索加以解决,改进后的算法称为阻尼 牛顿法,引入的步长因子αk也称为阻尼因子。 由于引入阻尼因子和一维搜索,虽然增加了 计算量,但可以保证迭代点的严格下降性, 可以适用于任何非线性函数,具有更理想的 收敛效果。
变尺度法(拟牛顿法)
变尺度法是通过坐标变换构造的一类最优化 算法。这类算法的搜索方向在计算中以递推 形式逐步产生并最终逼近牛顿方向,而不需 计算函数的二阶导数及其及逆矩阵。 变尺度法具有超线性收敛速度。
坐标变换
当函数在一点的二阶导数矩阵为正定时,其函数 在该点的泰勒二次展开式是正定二次函数,其等 值线为同心椭圆族。 引入变换矩阵U和如下变换:
唯一极小 (全局极小)
2 f ( x1 x2 ) 2 x12 2 x1 x2 x2 3x1 x2
f 0 f 0.298 f 0.298
多局部极小
根据搜索方向的不同构成方式:
导数法(解析法):利用目标函数的一阶导数 和二阶导数信息构造搜索方向的方法。(梯度 法、牛顿法、变尺度法、共轭梯度法)收敛性 和收敛速度较好,较为常用 模式法(直接法):通过几个已知点上函数值 的比较构造搜索方向的一类算法。(鲍威尔法) 迭代次数多,收敛速度慢,搜索方向不理想
转向(ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ);
最新simulink中的solver各选项表示的意思整理
最新simulink中的solver各选项表示的意思整理构建好一个系统的模型之后,接下来的事情就是运行模型,得出仿真结果。
运行一个仿真的完整过程分成三个步骤:设置仿真参数,启动仿真和仿真结果分析。
一、设置仿真参数和选择解法器设置仿真参数和选择解法器,选择Simulation菜单下的Parameters命令,就会弹出一个仿真参数对话框,它主要用三个页面来管理仿真的参数。
Solver页,它允许用户设置仿真的开始和结束时间,选择解法器,说明解法器参数及选择一些输出选项。
Workspace I/O页,作用是管理模型从MATLAB工作空间的输入和对它的输出。
Diagnostics页,允许用户选择Simulink在仿真中显示的警告信息的等级。
1、Solver页此页可以进行的设置有:选择仿真开始和结束的时间;选择解法器,并设定它的参数;选择输出项。
仿真时间:注意这里的时间概念与真实的时间并不一样,只是计算机仿真中对时间的一种表示,比如10秒的仿真时间,如果采样步长定为0.1,则需要执行100步,若把步长减小,则采样点数增加,那么实际的执行时间就会增加。
一般仿真开始时间设为0,而结束时间视不同的因素而选择。
总的说来,执行一次仿真要耗费的时间依赖于很多因素,包括模型的复杂程度、解法器及其步长的选择、计算机时钟的速度等等。
仿真步长模式:用户在Type后面的第一个下拉选项框中指定仿真的步长选取方式,可供选择的有Variable-step(变步长)和Fixed-step (固定步长)方式。
变步长模式可以在仿真的过程中改变步长,提供误差控制和过零检测。
固定步长模式在仿真过程中提供固定的步长,不提供误差控制和过零检测。
用户还可以在第二个下拉选项框中选择对应模式下仿真所采用的算法。
变步长模式解法器有:ode45,ode23,ode113,ode15s,ode23s,ode23t,ode23tb和discrete。
ode45:缺省值,四/五阶龙格-库塔法,适用于大多数连续或离散系统,但不适用于刚性(stiff)系统。
无约束问题的数值解
无约束问题的数值解
无约束问题是指没有任何条件限制的数学问题。
对于这类问题,通常需要使用数值方法来求解。
常用的数值方法包括:
1. 精确法:通过暴力枚举的方式,找到问题的精确解。
这种方法适用于问题规模较小的情况,但是当问题规模增大时,计算量会变得非常大。
2. 迭代法:通过不断迭代,逼近问题的解。
这种方法适用于问题规模较大的情况,但是收敛速度可能会比较慢。
3. 随机化算法:通过引入随机性,来寻找问题的解。
这种方法适用于一些难以求解的问题,但是收敛速度也可能比较慢。
4. 神经网络方法:通过构建神经网络模型,来逼近问题的解。
这种方法适用于一些复杂的非线性问题,但是需要大量的训练数据和计算资源。
需要注意的是,对于不同的问题,选择不同的数值方法可能会产生不同的效果。
因此,在实际应用中,需要根据具体的问题特点和计算要求,选择适合的数值方法。
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Finite Domain Constraint Solver Learning Arnaud Lallouet, Thi-Bich-Hanh Dao, Andrei Legtchenko, AbdelAli Ed-DbaliUniversity d'Orleans - LIFO - BP 6759 - 45067 Orleans - France@lifo.univ-orleans.frAbstractIn this paper, we present an abstract frameworkfor learning a finite domain constraint solver mod-eled by a set of operators enforcing a consistency.The behavior of the consistency to be learned istaken as the set of examples on which the learn-ing process is applied. The best possible expres-sion of this operator in a given language is thensearched. We instantiate this framework to thelearning of bound-consistency in the indexical lan-guage of Gnu-Prolog.1 IntroductionConstraint Satisfaction Problems (or CSPs) have been widely recognized as a powerful tool to model, formulate and solve artificial intelligence problems as well as industrial ones. A common framework to address this task is the combination of search and filtering by a local consistency. Enforcing a local consistency is usually done by the scheduling of monotonic and contracting operators up to reach their greatest common fix point. The consistency is obtained as the common closure of the set of operators. This closure is efficiently computed by a chaotic iteration of the operators [Apt, 1999]. But usually, the task of finding efficient operators which actually define a consistency is considered as one of the smartest skills of the solver's implementor. The essence of the learning framework consists in considering the behavior of the operator enforcing the desired consistency as a set of examples in order to find an adequate representation of this operator in a given language.2 Theoretical framework Operators which satisfy the first three conditions are called pre-consistencies for c. As an example of consistency, if we suppose that each variable domain Dx is ordered by a total ordering and for A Dx, we denote by [A] the set{athen the bound-consistency is defined bywith Tx the projection of T on A\Let cs c be the consistency to be learned. Our aim is to build a consistency / which behaves like cs c as much as pos-sible. Thus / must be contracting, monotonic, correct w.r.tand singleton complete w.r.tfor any singletonic search state s). How-ever, singleton completeness is difficult to get and even not always possible to express in a given language. In order to transform a pre-consistency into a consistency, let us define a consistency id c such that is an empty state if s is a non-solution singletonic state, and = s other-wise. Thus / and o / are consistencies for c if / is a pre-consistency for c. Therefore by adding in the set of operators, processed by a chaotic iteration mechanism [Apt, 19991, we only need to build pre-consistencies for c. On the other hand, the correctness condition must be ensured for ev-ery s Sw which is generally huge. We show that:Proposition I If f is a monotonic and contracting operator such that f(s) = sfor every singletonic state s which repre-sents a solution of c, then f is a pre-consistency for c.Therefore, by considering monotonic operators, we can re-duce the search space to a sample set E which is a subset of Sw and which contains all singletonic search states. Let C be the language in which operators are expressed and / be an operator in this language. In order to find the best possible ex-pression, we shall be able to compare two consistencies. ThisPOSTER PAPERS1379is usually done with a distance. Let d be such a distance be-tween two consistencies. The learning problem is formulatedas follows:where Sw, E contains all singletonic search states of Sw and / is a monotonic operator. Following the machine learning vocabulary, represents the example space and the hypothesis space.3 Learning indexicalsTo instantiate our theoretical framework, we have to define strong language biases in order to limit the combinatorial ex-plosion.The first question is the language in which operators are ex-pressed. The language of indexicals [van Hentenryck et al, 1991J is chosen, motivated by the ease of integration of the user-defined indexicals in Gnu-Prolog [Diaz and Codognet, 2001]. In this language, an operator is written X in r, where X represents the domain of the variable X and r is an expression representing a subset of Dx . If we denote x the unary constraint representing A'\s domain, then the indexical represents the operatorThen comes the choice of consistency. We learn the bound-consistency, since it allows to limit the example space to in-tervals instead of arbitrary subsets.For each variable we learn a reduction indexical and de-fine an indexical for The reduction indexical for X is of the form X in minX . . maxX where minX, maxX are in some fixed forms. In practice, we use linear, piecewise lin-ear and rational forms. In order to the reduction indexical to be monotonic, the bound minX must be anti-monotonic and maxX monotonic. This can be ensured by syntactic condi-tions on the sign of the coefficients for each expression.The indexicals for id c could be implemented in two ways: by using Gnu-Prolog indexicals for predefined constraints in which each instance of m i n and max is simply replaced by v a l , or by a direct code using v a l and C operators.As distance between two consistencies, we use the global error on the example space E. By considering that / must be correct w.r.t cs c , this distance isExample For lack of space, we present here one example. An user defined global constraint is defined by the follow-ing conjunction: X - Y > 3, A - Y < 30,3* X - Y > 50,5 * Y - X < 120, X < 45, Y > 5. When treated glob-ally as a two dimensional polyhedra, these constraints yield less indexicals than the above decomposition. On the domain [0..49] x [0..49], our system generates the following opera-tors:Reparation operators are implemented from Gnu-Prolog in-dexicals. Here is the one for X':When trying all reductions on boxes included in [16,25] x [5,26], the learned operators ran in 290 ms, while the non-decomposed constraints ran in 400 ms. All tests have been done on a Pentium4,2Ghz, 512MB running Linux.4 ConclusionRelated w o r k Solver learning has been first introduced by[Apt and Monfroy, 1999] in which they automatically gener-ate a set of rules from the tuples defining a constraint. Thecomplexity of the rules generation limits them to small finite domains such as boolean.The system PROPMlNER [Abdennadher and Rigotti, 2002; 2003 J is devoted to the learning of Constraint Handling Rules [Fruwirth, 1998]. The produced solver is often very readable, especially when a small number of rules are produced. While being less general in theory since we only deal with finite domains, our method works on domains and constraint arities much larger.In an earlier paper [Dao et al., 2002], we have presented an indexical learning process. We propose here two main i m -provements, besides a more general theoretical framework: the possibility of using only a sample of the example spacewhile still ensuring the correctness of the learned solver and the reparation method. It follows that our system is able to handle larger constraint arity and larger domains and there-fore yields a better solver.S u m m a r y We have presented a general, language-independent framework for finite domain constraint solver learning and an instantiation to the learning of bound-consistency with Gnu-Prolog indexicals.Acknowledgment We gratefully thank Michel Bergere and the anonymous referees for their remarks on this paper. This work is supported by french CNRS grant 2JE095.References[Abdennadher and Rigotti, 2002] Slim Abdennadher and Christophe Rigotti. Automatic generation of rule-based solvers for intensionally defined constraints. Internati onal Journal o n Artificial Intelligence To o ls, 11(2):283-302, 2002. [Abdennadher and Rigotti, 20031 Slim Abdennadher and Christophe Rigotti. Automatic generation of rule-based constraint solvers over finite domains. Transactio n on Computa-tional Logic, 2003. accepted for publication. [Apt and Monfroy, 1999] K. R. Apt and E. Monfroy. Automatic generation of constraint propagation algorithms for small finite domains. In J oxan J affar, editor, Internatio nal Co nference o n Principles and Practice o f Co nstraint Pro gramming, volume 1713 of LNCS, pages 58-72. Springer, 1999. [Apt, 1999] K. R. Apt. The essence of constraint propagation. The-oretical Computer Science, 221 (1-2): 179-210, 1999. [Dao et al, 2002] Thi Bich Hanh Dao, Arnaud Lallouet, Andrei Legtchenko, and Lionel Martin. Indexical-based solver learn-ing. In Pascal van Hentenryck, editor, Internatio nal Conference on Principles and Practice o f Constraint Pro gramming, volume 2470 of L A O , pages 541-555. Springer, 2002. [Diaz and Codognet, 2001] Daniel Diaz and Philippe Codognet. Design and implementation of the Gnu-Prolog system. Jo urnal of Functional and Logic Pro gramming, 2001(6), 2001. [Fruwirth, 1998] Thorn Friiwirth. Theory and practice of Constraint Handling Rules. J o urnal o f Logic Pro gramming, 37(l-3):95-138, 1998. [van Hentenryck et al, 1991] P. van Hentenryck, V. Saraswat, and Y. Deville. Constraint processing in cc(fd). draft, 1991.1380 POSTER PAPERS。