matlab 多目标规划模型
如何在Matlab中进行多目标优化问题求解
如何在Matlab中进行多目标优化问题求解如何在Matlab中进行多目标优化问题求解？多目标优化问题是指存在多个目标函数，且这些目标函数之间相互矛盾或者无法完全同时满足的问题。
在实际应用中，多目标优化问题非常常见，例如在工程设计中寻求最佳平衡点、在金融投资中追求高收益低风险等。
而Matlab作为一种强大的数值计算工具，提供了丰富的优化算法和工具箱，可以帮助我们解决多目标优化问题。
一、多目标优化问题数学建模在解决多目标优化问题之前，首先需要将实际问题转化为数学模型。
假设我们需要优化一个n维的向量x，使得目标函数f(x)同时最小化或最大化。
其中，n为自变量的个数，f(x)可以表示为多个目标函数f1(x)、f2(x)、...、fm(x)的向量形式：f(x) = [f1(x), f2(x), ..., fm(x)]其中，fi(x)（i=1,2,...,m）即为待优化的目标函数。
在多目标优化问题中，一般没有单一的最优解，而是存在一个解集，称为"帕累托前沿（Pareto Frontier）"。
该解集中的每个解被称为"非支配解（Non-Dominated Solution）"，即不能被其他解所优化。
因此，多目标优化问题的目标就是找到帕累托前沿中的最佳解。
二、Matlab中的多目标优化算法Matlab提供了多种多目标优化算法和工具箱，包括paretosearch、gamultiobj、NSGA-II等等。
这些算法基于不同的思想和原理，可以根据问题的特点选择合适的算法进行求解。
1. paretosearch算法paretosearch算法采用遗传算法的思想，通过迭代更新种群来寻找非支配解。
该算法适用于求解中小规模的多目标优化问题。
使用paretosearch算法求解多目标优化问题可以按照以下步骤进行：（1）定义目标函数编写目标函数fi(x)（i=1,2,...,m）的代码。
matlab多目标优化模型教程
fgoalattainSolve multiobjective goal attainment problemsEquationFinds the minimum of a problem specified byx, weight, goal, b, beq, lb, and ub are vectors, A and Aeq are matrices, and c(x), ceq(x), and F(x) are functions that return vectors. F(x), c(x), and ceq(x) can be nonlinear functions.Syntaxx = fgoalattain(fun,x0,goal,weight)x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b)x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq)x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub)x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon)x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,... options)x = fgoalattain(problem)[x,fval] = fgoalattain(...)[x,fval,attainfactor] = fgoalattain(...)[x,fval,attainfactor,exitflag] = fgoalattain(...)[x,fval,attainfactor,exitflag,output] = fgoalattain(...)[x,fval,attainfactor,exitflag,output,lambda] = fgoalattain(...)Descriptionfgoalattain solves the goal attainment problem, which is one formulation for minimizing a multiobjective optimization problem.x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight) tries to make the objective functions supplied by fun attain the goals specified by goal by varying x, starting at x0, with weight specified by weight.x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b) solves the goal attainment problem subject to the linear inequalities A*x ≤ b.x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq) solves the goal attainment problem subject to the linear equalities Aeq*x = beq as well. Set A = [] and b = [] if no inequalities exist.x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub) defines a set of lower and upper bounds on the design variables in x, so that the solution is always in the range lb ≤ x ≤ ub.x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon) subjects the goal attainment problem to the nonlinear inequalities c(x) or nonlinear equality constraints ceq(x) defined in nonlcon. fgoalattain optimizes such that c(x) ≤ 0 and ceq(x) = 0. Set lb = [] and/or ub = [] if no bounds exist.x = fgoalattain(fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,... options) minimizes with the optimization options specified in the structure options. Use optimset to set these options.x = fgoalattain(problem) finds the minimum for problem, where problem is a structure described in Input Arguments.Create the structure problem by exporting a problem from Optimization Tool, as described in Exporting to the MATLAB Workspace.[x,fval] = fgoalattain(...) returns the values of the objective functions computed in fun at the solution x.[x,fval,attainfactor] = fgoalattain(...) returns the attainment factor at the solution x.[x,fval,attainfactor,exitflag] = fgoalattain(...) returns a value exitflag that describes the exit condition of fgoalattain.[x,fval,attainfactor,exitflag,output] = fgoalattain(...) returns a structure output that contains information about the optimization.[x,fval,attainfactor,exitflag,output,lambda] = fgoalattain(...) returns a structure lambda whose fields contain the Lagrange multipliers at the solution x.Input ArgumentsFunction Arguments contains general descriptions of arguments passed into fgoalattain. This section provides function-specific details for fun, goal, nonlcon, options, weight, and problem:fun The function to be minimized. fun is a function that acceptsa vector x and returns a vector F, the objective functionsevaluated at x. The function fun can be specified as a functionhandle for a function file:x = fgoalattain(@myfun,x0,goal,weight)where myfun is a MATLAB function such asfunction F = myfun(x)F = ... % Compute function values at x.fun can also be a function handle for an anonymous function.x = fgoalattain(@(x)sin(x.*x),x0,goal,weight);If the user-defined values for x and F are matrices, they areconverted to a vector using linear indexing.To make an objective function as near as possible to a goalvalue, (i.e., neither greater than nor less than) use optimsetto set the GoalsExactAchieve option to the number of objectivesrequired to be in the neighborhood of the goal values. Suchobjectives must be partitioned into the first elements of thevector F returned by fun.If the gradient of the objective function can also be computedand the GradObj option is 'on', as set byoptions = optimset('GradObj','on')then the function fun must return, in the second outputargument, the gradient value G, a matrix, at x. The gradientconsists of the partial derivative dF/dx of each F at the pointx. If F is a vector of length m and x has length n, where n isthe length of x0, then the gradient G of F(x) is an n-by-m matrixwhere G(i,j) is the partial derivative of F(j) with respect tox(i) (i.e., the jth column of G is the gradient of the jthobjective function F(j)).goal Vector of values that the objectives attempt to attain. The vector is the same length as the number of objectives F returnedby fun. fgoalattain attempts to minimize the values in thevector F to attain the goal values given by goal.nonlcon The function that computes the nonlinear inequality constraints c(x) ≤ 0 and the nonlinear equality constraintsceq(x) = 0. The function nonlcon accepts a vector x and returnstwo vectors c and ceq. The vector c contains the nonlinearinequalities evaluated at x, and ceq contains the nonlinearequalities evaluated at x. The function nonlcon can bespecified as a function handle.x = fgoalattain(@myfun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,...lb,ub,@mycon)where mycon is a MATLAB function such asfunction [c,ceq] = mycon(x)c = ... % compute nonlinear inequalities at x.ceq = ... % compute nonlinear equalities at x.If the gradients of the constraints can also be computed andthe GradConstr option is 'on', as set byoptions = optimset('GradConstr','on')then the function nonlcon must also return, in the third andfourth output arguments, GC, the gradient of c(x), and GCeq,the gradient of ceq(x). Nonlinear Constraints explains how to"conditionalize" the gradients for use in solvers that do notaccept supplied gradients.If nonlcon returns a vector c of m components and x has lengthn, where n is the length of x0, then the gradient GC of c(x)is an n-by-m matrix, where GC(i,j) is the partial derivativeof c(j) with respect to x(i) (i.e., the jth column of GC is thegradient of the jth inequality constraint c(j)). Likewise, ifceq has p components, the gradient GCeq of ceq(x) is an n-by-pmatrix, where GCeq(i,j) is the partial derivative of ceq(j)with respect to x(i) (i.e., the jth column of GCeq is thegradient of the jth equality constraint ceq(j)).Passing Extra Parameters explains how to parameterize thenonlinear constraint function nonlcon, if necessary.options Options provides the function-specific details for the options values.weight A weighting vector to control the relative underattainment or overattainment of the objectives in fgoalattain. When thevalues of goal are all nonzero, to ensure the same percentageof under- or overattainment of the active objectives, set theweighting function to abs(goal). (The active objectives are theset of objectives that are barriers to further improvement ofthe goals at the solution.)When the weighting function weight is positive, fgoalattainattempts to make the objectives less than the goal values. Tomake the objective functions greater than the goal values, setweight to be negative rather than positive. To make an objectivefunction as near as possible to a goal value, use theGoalsExactAchieve option and put that objective as the firstelement of the vector returned by fun (see the precedingdescription of fun and options).problem objective Vector of objective functionsx0 Initial point for xgoal Goals to attainweight Relative importance factors of goalsAineq Matrix for linear inequality constraintsbineq Vector for linear inequality constraintsAeq Matrix for linear equality constraintsbeq Vector for linear equality constraintslb Vector of lower boundsub Vector of upper boundsnonlcon Nonlinear constraint functionsolver 'fgoalattain'options Options structure created with optimset Output ArgumentsFunction Arguments contains general descriptions of arguments returned by fgoalattain. This section provides function-specific details for attainfactor, exitflag, lambda, and output:attainfactor The amount of over- or underachievement of the goals. If attainfactor is negative, the goals have been overachieved;if attainfactor is positive, the goals have beenunderachieved.attainfactor contains the value of γ at the solution. Anegative value of γindicates overattainment in the goals.exitflag Integer identifying the reason the algorithm terminated.The following lists the values of exitflag and thecorresponding reasons the algorithm terminated.1 Function converged to a solutions x.4 Magnitude of the search direction lessthan the specified tolerance andconstraint violation less thanoptions.TolCon5 Magnitude of directional derivative lessthan the specified tolerance andconstraint violation less thanoptions.TolCon0 Number of iterations exceededoptions.MaxIter or number of functionevaluations exceeded options.FunEvals-1 Algorithm was terminated by the outputfunction.-2 No feasible point was found.lambda Structure containing the Lagrange multipliers at the solution x (separated by constraint type). The fields of thestructure arelower Lower bounds lbupper Upper bounds ubineqlin Linear inequalitieseqlin Linear equalitiesineqnonlin Nonlinear inequalitieseqnonlin Nonlinear equalitiesoutput Structure containing information about the optimization.The fields of the structure areiterations Number of iterations takenfuncCount Number of function evaluationslssteplength Size of line search step relative tosearch directionstepsize Final displacement in xalgorithm Optimization algorithm usedfirstorderopt Measure of first-order optimalityconstrviolation Maximum of constraint functionsmessage Exit messageOptionsOptimization options used by fgoalattain. You can use optimset to set or change the values of these fields in the options structure options. See Optimization Options for detailed information.DerivativeCheck Compare user-supplied derivatives (gradients ofobjective or constraints) to finite-differencingderivatives. The choices are 'on' or the default,'off'.Diagnostics Display diagnostic information about the functionto be minimized or solved. The choices are 'on' orthe default, 'off'.DiffMaxChange Maximum change in variables for finite-differencegradients (a positive scalar). The default is 0.1.DiffMinChange Minimum change in variables for finite-differencegradients (a positive scalar). The default is 1e-8. Display Level of display.∙'off' displays no output.∙'iter' displays output at each iteration, andgives the default exit message.∙'iter-detailed' displays output at eachiteration, and gives the technical exitmessage.∙'notify' displays output only if the functiondoes not converge, and gives the default exitmessage.∙'notify-detailed' displays output only if thefunction does not converge, and gives thetechnical exit message.∙'final' (default) displays just the finaloutput, and gives the default exit message.∙'final-detailed' displays just the finaloutput, and gives the technical exit message.FinDiffType Finite differences, used to estimate gradients, areeither 'forward' (default), or 'central'(centered). 'central' takes twice as many functionevaluations, but should be more accurate.The algorithm is careful to obey bounds whenestimating both types of finite differences. So, forexample, it could take a backward, rather than aforward, difference to avoid evaluating at a pointoutside bounds.FunValCheck Check whether objective function and constraintsvalues are valid. 'on' displays an error when theobjective function or constraints return a valuethat is complex, Inf, or NaN. The default, 'off',displays no error.GoalsExactAchieve Specifies the number of objectives for which it isrequired for the objective fun to equal the goal goal(a nonnegative integer). Such objectives should bepartitioned into the first few elements of F. Thedefault is 0.GradConstr Gradient for nonlinear constraint functions definedby the user. When set to 'on', fgoalattain expectsthe constraint function to have four outputs, asdescribed in nonlcon in the Input Arguments section.When set to the default, 'off', gradients of thenonlinear constraints are estimated by finitedifferences.GradObj Gradient for the objective function defined by theuser. See the preceding description of fun to seehow to define the gradient in fun. Set to 'on' tohave fgoalattain use a user-defined gradient of theobjective function. The default, 'off',causesfgoalattain to estimate gradients usingfinite differences.MaxFunEvals Maximum number of function evaluations allowed (apositive integer). The default is100*numberOfVariables.MaxIter Maximum number of iterations allowed (a positiveinteger). The default is 400.MaxSQPIter Maximum number of SQP iterations allowed (a positiveinteger). The default is 10*max(numberOfVariables,numberOfInequalities + numberOfBounds)MeritFunction Use goal attainment/minimax merit function if setto 'multiobj', the default. Use fmincon meritfunction if set to 'singleobj'.OutputFcn Specify one or more user-defined functions that anoptimization function calls at each iteration,either as a function handle or as a cell array offunction handles. The default is none ([]). SeeOutput Function.PlotFcns Plots various measures of progress while thealgorithm executes, select from predefined plots orwrite your own. Pass a function handle or a cellarray of function handles. The default is none ([]).∙@optimplotx plots the current point∙@optimplotfunccount plots the function count∙@optimplotfval plots the function value∙@optimplotconstrviolation plots the maximumconstraint violation∙@optimplotstepsize plots the step sizeFor information on writing a custom plot function,see Plot Functions.RelLineSrchBnd Relative bound (a real nonnegative scalar value) onthe line search step length such that the totaldisplacement in x satisfies|Δx(i)| ≤relLineSrchBnd· max(|x(i)|,|typicalx(i)|). This option provides control over themagnitude of the displacements in x for cases inwhich the solver takes steps that are considered toolarge. The default is none ([]).RelLineSrchBndDurat ion Number of iterations for which the bound specified in RelLineSrchBnd should be active (default is 1).TolCon Termination tolerance on the constraint violation,a positive scalar. The default is 1e-6.TolConSQP Termination tolerance on inner iteration SQPconstraint violation, a positive scalar. Thedefault is 1e-6.TolFun Termination tolerance on the function value, apositive scalar. The default is 1e-6.TolX Termination tolerance on x, a positive scalar. Thedefault is 1e-6.TypicalX Typical x values. The number of elements in TypicalXis equal to the number of elements in x0, thestarting point. The default value isones(numberofvariables,1). fgoalattain usesTypicalX for scaling finite differences forgradient estimation.UseParallel When 'always', estimate gradients in parallel.Disable by setting to the default, 'never'. ExamplesConsider a linear system of differential equations.An output feedback controller, K, is designed producing a closed loop systemThe eigenvalues of the closed loop system are determined from the matrices A, B, C, and K using the command eig(A+B*K*C). Closed loop eigenvalues must lie on the real axis in the complex plane to the left of the points [-5,-3,-1]. In order not to saturate the inputs, no element in K can be greater than 4 or be less than -4.The system is a two-input, two-output, open loop, unstable system, with state-space matrices.The set of goal values for the closed loop eigenvalues is initialized as goal = [-5,-3,-1];To ensure the same percentage of under- or overattainment in the active objectives at the solution, the weighting matrix, weight, is set to abs(goal).Starting with a controller, K = [-1,-1; -1,-1], first write a function file, eigfun.m.function F = eigfun(K,A,B,C)F = sort(eig(A+B*K*C)); % Evaluate objectivesNext, enter system matrices and invoke an optimization routine.A = [-0.5 0 0; 0 -2 10; 0 1 -2];B = [1 0; -2 2; 0 1];C = [1 0 0; 0 0 1];K0 = [-1 -1; -1 -1]; % Initialize controller matrixgoal = [-5 -3 -1]; % Set goal values for the eigenvalues weight = abs(goal); % Set weight for same percentagelb = -4*ones(size(K0)); % Set lower bounds on the controllerub = 4*ones(size(K0)); % Set upper bounds on the controller options = optimset('Display','iter'); % Set display parameter[K,fval,attainfactor] = fgoalattain(@(K)eigfun(K,A,B,C),...K0,goal,weight,[],[],[],[],lb,ub,[],options)You can run this example by using the demonstration script goaldemo. (From the MATLAB Help browser or the MathWorks™ Web site documentation, you can click the demo name to display the demo.) After about 11 iterations, a solution isActive inequalities (to within options.TolCon = 1e-006):lower upper ineqlinineqnonlin1 12 24K =-4.0000 -0.2564-4.0000 -4.0000fval =-6.9313-4.1588-1.4099attainfactor =-0.3863DiscussionThe attainment factor indicates that each of the objectives has been overachieved by at least 38.63% over the original design goals. The active constraints, in this case constraints 1 and 2, are the objectives that are barriers to further improvement and for which the percentage of overattainment is met exactly. Three of the lower bound constraints are also active.In the preceding design, the optimizer tries to make the objectives less than the goals. For a worst-case problem where the objectives must be as near to the goals as possible, use optimset to set the GoalsExactAchieve option to the number of objectives for which this is required.Consider the preceding problem when you want all the eigenvalues to be equal to the goal values. A solution to this problem is found by invoking fgoalattain with the GoalsExactAchieve option set to 3.options = optimset('GoalsExactAchieve',3);[K,fval,attainfactor] = fgoalattain(...@(K)eigfun(K,A,B,C),K0,goal,weight,[],[],[],[],lb,ub,[],... options)After about seven iterations, a solution isK =-1.5954 1.2040-0.4201 -2.9046fval =-5.0000-3.0000-1.0000attainfactor =1.0859e-20In this case the optimizer has tried to match the objectives to the goals. The attainment factor (of 1.0859e-20) indicates that the goals have been matched almost exactly.NotesThis problem has discontinuities when the eigenvalues become complex; this explains why the convergence is slow. Although the underlying methods assume the functions are continuous, the method is able to make stepstoward the solution because the discontinuities do not occur at the solution point. When the objectives and goals are complex, fgoalattain tries to achieve the goals in a least-squares sense.AlgorithmMultiobjective optimization concerns the minimization of a set of objectives simultaneously. One formulation for this problem, and implemented in fgoalattain, is the goal attainment problem of Gembicki[3]. This entails the construction of a set of goal values for the objective functions. Multiobjective optimization is discussed in Multiobjective Optimization.In this implementation, the slack variable γis used as a dummy argument to minimize the vector of objectives F(x) simultaneously; goal is a set of values that the objectives attain. Generally, prior to the optimization, it is not known whether the objectives will reach the goals (under attainment) or be minimized less than the goals (overattainment). A weighting vector, weight, controls the relative underattainment or overattainment of the objectives.fgoalattain uses a sequential quadratic programming (SQP) method, which is described in Sequential Quadratic Programming (SQP). Modifications are made to the line search and Hessian. In the line search an exact merit function (see [1] and [4]) is used together with the merit function proposed by [5]and [6]. The line search is terminated when either merit function shows improvement. A modified Hessian, which takes advantage of the special structure of the problem, is also used (see [1] and [4]). A full description of the modifications used is found in Goal Attainment Method in "Introduction to Algorithms." Setting the MeritFunction option to 'singleobj' withoptions = optimset(options,'MeritFunction','singleobj')uses the merit function and Hessian used in fmincon.See also SQP Implementation for more details on the algorithm used and the types of procedures displayed under the Procedures heading when the Display option is set to 'iter'.LimitationsThe objectives must be continuous. fgoalattain might give only local solutions.。
gurobi多目标问题matlab
Gurobi多目标问题在Matlab中的解决一、Gurobi简介Gurobi是一款强大的商业数学建模工具，广泛应用于优化领域。
它提供了多种优化算法，能够高效地解决线性规划、整数规划、二次规划等各种优化问题。
在实际工程和科学研究中，经常遇到多目标优化问题，即需要同时优化多个目标函数。
本文将介绍如何使用Gurobi在Matlab中解决多目标优化问题。
二、多目标优化问题的定义在多目标优化问题中，我们需要最小化或最大化多个目标函数，而且这些目标函数之间往往存在相互矛盾的关系。
在生产计划中，一个目标函数可能是最大化产量，另一个目标函数可能是最小化成本。
在实际应用中，我们需要找到一组可行的解，使得所有目标函数都达到一个较好的平衡。
三、Gurobi在Matlab中的调用在Matlab中调用Gurobi需要先安装Gurobi的Matlab接口。
安装完成后，我们可以在Matlab命令窗口中输入命令"gurobi"来验证是否成功安装。
接下来，我们需要在Matlab中编写代码，定义优化问题的目标函数、约束条件和变量类型。
在定义目标函数时，我们需要考虑多个目标函数之间的相关性，以及它们之间的权重关系。
在定义约束条件和变量类型时，我们需要考虑多目标函数之间可能存在的约束条件和变量之间的相互制约关系。
四、多目标优化问题的解决方法Gurobi提供了多种解决多目标优化问题的方法，包括加权法、约束法和Pareto最优解法等。
在加权法中，我们将多个目标函数进行线性组合，并引入权重因子来平衡各个目标函数之间的重要性。
在约束法中，我们将多个目标函数作为多个约束条件，通过逐步添加约束条件来找到最优解。
在Pareto最优解法中，我们寻找一组可行解，使得没有其他可行解能比它在所有目标函数上都更好。
五、案例分析以生产计划为例，假设我们需要同时考虑最大化产量和最小化成本两个目标。
我们可以先使用加权法，通过调整权重因子来平衡这两个目标的重要性，找到一个较好的解。
如何在MATLAB中进行多目标优化
如何在MATLAB中进行多目标优化多目标优化问题是指在存在多个冲突目标的情况下，求解一个能够同时最小化或最大化多个目标函数的问题。
在实际应用中，多目标优化问题被广泛应用于工程优化、金融投资、交通规划等领域。
在MATLAB中，有多种方法可以用来解决多目标优化问题，本文将介绍其中的几种常用方法。
一、多目标优化问题的定义在开始使用MATLAB进行多目标优化之前，首先需要明确多目标优化问题的数学定义。
一般而言，多目标优化问题可以表示为：```minimize f(x) = [f1(x), f2(x), ..., fm(x)]subject to g(x) ≤ 0, h(x) = 0lb ≤ x ≤ ub```其中，f(x)为多个目标函数，g(x)和h(x)为约束条件，lb和ub分别为决策变量的下界和上界。
问题的目标是找到一组决策变量x，使得目标函数f(x)取得最小值。
二、多目标优化问题的解法在MATLAB中，有多种方法可以用来解决多目标优化问题。
下面将介绍其中的几种常见方法。
1. 非支配排序遗传算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm，NSGA）NSGA是一种经典的多目标优化算法，它将候选解集划分为多个等级或层次，从而使得每个解在候选解集内具备非劣势性。
在MATLAB中，可以使用多目标遗传算法工具箱（Multi-Objective Optimization Toolbox）中的`gamultiobj`函数来实现NSGA算法。
该函数可以通过指定目标函数、约束条件和决策变量范围等参数来求解多目标优化问题。
2. 多目标粒子群优化算法（Multi-objective Particle Swarm Optimization，MOPSO）MOPSO是一种基于群体智能的多目标优化算法，它模拟了粒子的行为，通过不断迭代寻找最优解。
在MATLAB中，可以使用多目标粒子群优化工具箱（Multi-Objective Particle Swarm Optimization Toolbox）中的`mopso`函数来实现MOPSO算法。
数学建模多目标规划函数fgoalattain
MATLAB 中文论坛讲义多目标规划优化问题Matlab 中常用于求解多目标达到问题的函数为fgoalattain.假设多目标函数问题的数学模型为：ubx lb beqx Aeq bx A x ceq x c goalweight x F t s yx ≤≤=≤=≤≤-**0)(0)(*)(..min ,γγ weight 为权值系数向量，用于控制对应的目标函数与用户定义的目标函数值的接近程度； goal 为用户设计的与目标函数相应的目标函数值向量；γ为一个松弛因子标量；F(x)为多目标规划中的目标函数向量。
综上，fgoalattain 的优化过程就是使得F 逼近goal;工程应用中fgoalattain 函数调用格式如下：[x,fval]=fgoalattain (fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon)x0表示初值；fun 表示要优化的目标函数；goal 表示函数fun 要逼近的目标值，是一个向量，它的维数大小等于目标函数fun 返回向量F 的维数大小；weight 表示给定的权值向量，用于控制目标逼近过程的步长；例1. 程序（利用fgoalattain 函数求解）23222123222132min )3()2()1(min x x x x x x ++-+-+-0,,6..321321≥=++x x x x x x t s①建立M 文件.function f=myfun(x)f(1)= x(1)-1)^2+(x(2)-2)^2+(x(3)-3)^2;f(2)= x(1)^2+2*x(2)^2+3*x(3)^2;②在命令窗口中输入.goal=[1,1];weight=[1,1];Aeq=[1,1,1];beq=[6];x0=[1;1;1];lb=[0,0,0]; %也可以写lb=zero(3,1);[x,fval]=fgoalattain(‘myfun’,x0,goal,weight,[ ],[ ],Aeq,beq,lb,[ ])③得到结果.x =3.27271.63641.0909fval =8.9422 19.6364例2.某钢铁公司因生产需要欲采购一批钢材，市面上的钢材有两种规格，第1种规格的单价为3500元/t ，第2种规格的单价为4000元/t.要求购买钢材的总费用不超过1000万元，够得钢材总量不少于2000t.问如何确定最好的采购方案，使购买钢材的总费用最小且购买的总量最多.解：设采购第1、2种规格的钢材数量分别为1x 和2x .根据题意建立如下多目标优化问题的数学模型.0,200010000040003500max 40003500)(min212121211≥≥+≤++=x x x x x x x x x f ①建立M 文件. 在Matlab 编辑窗口中输入：function f=myfun(x)f(1)= 3500*x(1)+4000*x(2);f(2)=-x(1)-x(2);②在命令窗口中输入.goal=[10000000,-2000];weight=[10000000,-2000];x0=[1000,1000];A=[3500,4000;-1,-1];b=[10000000;-2000];lb=[0,0]; %也可以写lb=zero(3,1);[x,fval]=fgoalattain(‘myfun ’,x0,goal,weight,A,b,[ ],[ ],lb,[ ])③得到结果.x =1000 1000fval =7500000 -2000。
多目标规划matlab程序实现——【2019数学建模+思路】
优化与决策——多目标线性规划的若干解法及MATLAB 实现摘要：求解多目标线性规划的基本思想大都是将多目标问题转化为单目标规划，本文介绍了理想点法、线性加权和法、最大最小法、目标规划法，然后给出多目标线性规划的模糊数学解法，最后举例进行说明，并用Matlab 软件加以实现。
关键词：多目标线性规划 Matlab 模糊数学。
注：本文仅供参考，如有疑问，还望指正。
一．引言多目标线性规划是多目标最优化理论的重要组成部分，由于多个目标之间的矛盾性和不可公度性,要求使所有目标均达到最优解是不可能的,因此多目标规划问题往往只是求其有效解(非劣解)。
目前求解多目标线性规划问题有效解的方法,有理想点法、线性加权和法、最大最小法、目标规划法。
本文也给出多目标线性规划的模糊数学解法。
二．多目标线性规划模型多目标线性规划有着两个和两个以上的目标函数,且目标函数和约束条件全是线性函数,其数学模型表示为：11111221221122221122max n n n nr r r rn nz c x c x c x z c x c x c x z c x c x c x =+++⎧⎪=+++⎪⎨ ⎪⎪=+++⎩ （1）约束条件为：1111221121122222112212,,,0n n n n m m mn n mn a x a x a x b a x a x a x b a x a x a x bx x x +++≤⎧⎪+++≤⎪⎪ ⎨⎪+++≤⎪≥⎪⎩ （2） 若（1）式中只有一个1122i i i in n z c x c x c x =+++ ，则该问题为典型的单目标线性规划。
我们记:()ij m n A a ⨯=,()ij r n C c ⨯=,12(,,,)T m b b b b = ,12(,,,)T n x x x x = ，12(,,,)T r Z Z Z Z = .则上述多目标线性规划可用矩阵形式表示为:max Z Cx =约束条件：0Ax bx ≤⎧⎨≥⎩（3）三．MATLAB 优化工具箱常用函数[3]在MA TLAB 软件中，有几个专门求解最优化问题的函数，如求线性规划问题的linprog 、求有约束非线性函数的fmincon 、求最大最小化问题的fminimax 、求多目标达到问题的fgoalattain 等,它们的调用形式分别为：①.[x,fval]=linprog(f,A,b,Aeq,beq,lb,ub)f 为目标函数系数,A,b 为不等式约束的系数, Aeq,beq 为等式约束系数, lb,ub 为x 的下限和上限, fval 求解的x 所对应的值。
matlab-多目标规划模型
§10.2 多目旳规划问题旳求解
1、主要目旳法
在有些多目旳决策问题中，多种目旳旳主要性程度
往往不同。其中一种主要性程度最高和最为关键旳目
旳，称之为主要目旳法。其他旳目旳则称为非主要目
旳。
optF ( X ) ( f1 ( X ), f2 ( X ),...., f p ( X ))T
2. 过程：无妨设其顺序为 f1, f2,, f p
先求解
min ( P1 )s.t.
f1 ( x) xS
再解
min (P2 )s.t.
f2 ( x) x S1
依次进行，直到
得最优值 f1*
得最优值
f
* 2
，记 S1 x f1(x) f1* S
，S2
x
f2(x)
f
* 2
S1
(Pp )ms.ti.n
f p (x) x
则
Sp
x
f p (x)
f
* p
S p1
是在分层序列意义下旳最优解集合。
3.
性质：
Sp
S
* pa
，即在分层序列意义下旳最优解是有
效解。
证明：反证。设
~
xSp
，但
~
x
S
* pa
，则必存在
~
yS
使
~
~
F(y) F(x)
即至少有一种j0 ，使
~
~
f j ( y) f j (x), j 1,, j0 1,
成本型指标
可靠性和敏捷性都属于效益型指标，其打分如下
可靠性 一般 低
高
很高
5
敏捷 高 性
3
多目标线性规划MATLAB软件求解
（ ）＝＾∑［ ｚ ］， ｚ ／ Ｚ 一
然 后 极 小 化 ［ ）］， 求 解 ｚ（ 即
ｒ —＿ — —— —— — —— — —— —— — —— —— —— 一
ｍ …
ｉ￣ ） √ ） Ｚ］ ｎ［ ］ Ｅ ＿ｉ２ ｑＺ Ｚ ｉ ＊，
并 将 它 的最 优 解
１ 多 目标 线性 规划模 型
多 目标 线 性 规 划 有 着 两 个 和 两 个 以 上 的 目标 函 数 ， 目标 函 数 和 约 束 条 件 全 是 线 且
性 函数 ， 数 学模 型表 示 为 ： 其
Ｚ１ ＝ Ｃ ｌ ｌ ＋ １ Ｃ１ ２Ｘ ２ ＋ … ＋ Ｃ１ ｎ
ｍ
ａＸ
２１ ０ ０年 １ Ｏ月 第２ ７卷 第 ５期
枣 庄 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲ ＡＬ ０Ｆ Ｚ ０Ｚ ＡＮ Ｉ Ｒ 兀Ｙ Ｎ Ａ ＨＵ Ｇ ＵＮ ＶＥ Ｓ
Ｏｃ ． Ｏｌ ｔ２ Ｏ
Ｖ０ ． ７ Ｎ０． １２ ５
多 目标 线 性 规 划 ＭＡ Ｌ Ｂ软 件 求 解 ＴＡ
２ ＝ Ｃ１ Ｉ＋ ｃ２ ２ Ｘ ２ ２＋ …
＋ Ｃｎ ｎ ２ ￣
（ １）
Ｚｒ ＝
Ｃ， ｌ ＋ １
ＣｒＸ ２ ＋ ２
…
＋
Ｃ ｍ ｎ
约 束 条 件 为 ：
（ ２）
若 （１ ）式 中 只 有 一 个 ＝ Ｃ ＋ｃ ：＋ … ＋ｃ ， 该 问 题 为 典 型 的 单 目 标 线 性 规 划 ． ｉ ｌ 则
值 为 ｚ，， Ｚ ＝ （ ＊， 称 ＺＩ
想 点 法 ， 造 评 价 函数 构
ｒ— ＝—— —— ——— ——— ——— —— —一
， Ｚｒ）为 值 域 中 的 一 个 理 想 点 ， 为 一 般 很 难 达 到 ．于 是 ， 期 … ＊ 因 在
Matlab中的多目标优化算法实现指南
Matlab中的多目标优化算法实现指南简介：多目标优化是在现实问题中常见的一种情况，例如在工程设计、金融投资和决策支持等领域。
Matlab作为一种强大的数值计算和工程仿真软件，提供了多种多目标优化算法的工具箱，如NSGA-II、MOGA等。
本文将介绍如何使用Matlab实现多目标优化算法，并给出一些应用示例。
一、多目标优化问题多目标优化问题是指在存在多个冲突的目标函数的情况下，找到一组最优解，使得这些目标函数能够达到最优。
在现实问题中，通常会涉及到多个目标，例如在工程设计中同时考虑成本和性能，或者在金融投资中同时考虑风险和收益等。
二、Matlab的多目标优化工具箱Matlab提供了多种多目标优化算法的工具箱，如Global Optimization Toolbox、Optimization Toolbox等。
这些工具箱可以帮助用户快速实现多目标优化算法，并且提供了丰富的优化函数和评价指标。
三、NSGA-II算法实现NSGA-II（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II）是一种常用的多目标优化算法，它通过遗传算法的方式来搜索最优解。
在Matlab中，我们可以使用NSGA-II工具箱来实现该算法。
1. 确定目标函数首先，我们需要确定待优化的问题中具体的目标函数，例如最小化成本和最大化性能等。
在Matlab中，我们可以使用函数句柄来定义这些目标函数。
2. 设定决策变量决策变量是影响目标函数的参数，我们需要确定这些变量的取值范围。
在Matlab中，可以使用函数句柄或者向量来定义这些变量。
3. 设定其他参数除了目标函数和决策变量，NSGA-II算法还需要其他一些参数，例如种群大小、迭代次数等。
在Matlab中，我们可以使用结构体来存储这些参数。
4. 运行算法将目标函数、决策变量和其他参数传递给NSGA-II工具箱，然后运行算法。
Matlab会自动进行优化计算，并给出一组最优解。
数学建模多目标规划函数fgoalattain
MATLAB 中文论坛讲义多目标规划优化问题Matlab 中常用于求解多目标达到问题的函数为fgoalattain.假设多目标函数问题的数学模型为：ubx lb beqx Aeq bx A x ceq x c goalweight x F t s yx ≤≤=≤=≤≤-**0)(0)(*)(..min ,γγ weight 为权值系数向量，用于控制对应的目标函数与用户定义的目标函数值的接近程度； goal 为用户设计的与目标函数相应的目标函数值向量；γ为一个松弛因子标量；F(x)为多目标规划中的目标函数向量。
综上，fgoalattain 的优化过程就是使得F 逼近goal;工程应用中fgoalattain 函数调用格式如下：[x,fval]=fgoalattain (fun,x0,goal,weight,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon)x0表示初值；fun 表示要优化的目标函数；goal 表示函数fun 要逼近的目标值，是一个向量，它的维数大小等于目标函数fun 返回向量F 的维数大小；weight 表示给定的权值向量，用于控制目标逼近过程的步长；例1. 程序（利用fgoalattain 函数求解）23222123222132min )3()2()1(min x x x x x x ++-+-+-0,,6..321321≥=++x x x x x x t s①建立M 文件.function f=myfun(x)f(1)= x(1)-1)^2+(x(2)-2)^2+(x(3)-3)^2;f(2)= x(1)^2+2*x(2)^2+3*x(3)^2;②在命令窗口中输入.goal=[1,1];weight=[1,1];Aeq=[1,1,1];beq=[6];x0=[1;1;1];lb=[0,0,0]; %也可以写lb=zero(3,1);[x,fval]=fgoalattain(‘myfun’,x0,goal,weight,[ ],[ ],Aeq,beq,lb,[ ])③得到结果.x =3.27271.63641.0909fval =8.9422 19.6364例2.某钢铁公司因生产需要欲采购一批钢材，市面上的钢材有两种规格，第1种规格的单价为3500元/t ，第2种规格的单价为4000元/t.要求购买钢材的总费用不超过1000万元，够得钢材总量不少于2000t.问如何确定最好的采购方案，使购买钢材的总费用最小且购买的总量最多.解：设采购第1、2种规格的钢材数量分别为1x 和2x .根据题意建立如下多目标优化问题的数学模型.0,200010000040003500max 40003500)(min212121211≥≥+≤++=x x x x x x x x x f ①建立M 文件. 在Matlab 编辑窗口中输入：function f=myfun(x)f(1)= 3500*x(1)+4000*x(2);f(2)=-x(1)-x(2);②在命令窗口中输入.goal=[10000000,-2000];weight=[10000000,-2000];x0=[1000,1000];A=[3500,4000;-1,-1];b=[10000000;-2000];lb=[0,0]; %也可以写lb=zero(3,1);[x,fval]=fgoalattain(‘myfun ’,x0,goal,weight,A,b,[ ],[ ],lb,[ ])③得到结果.x =1000 1000fval =7500000 -2000。
Matlab中的多目标决策与多目标规划方法
Matlab中的多目标决策与多目标规划方法在工程和科学领域中，我们经常需要做出多个决策来解决一个问题。
而在现实中，这些决策可能有不同的目标或要求。
为了解决这个问题，我们可以利用Matlab中的多目标决策和多目标规划方法。
首先，让我们了解一下什么是多目标决策。
在传统的决策模型中，我们通常只有一个目标，在决策过程中我们优化这个目标。
然而，在实际问题中，往往存在多个目标，这些目标之间可能是相互矛盾的。
例如，在设计一个产品时，我们可能要同时考虑成本、品质和交货时间等多个目标。
这时，我们就需要多目标决策方法来找到一个最优解。
在Matlab中，我们可以利用多种多目标决策方法来解决这个问题。
其中一种常用的方法是多目标遗传算法（MOGA）。
遗传算法是一种模拟自然选择和遗传机制的优化算法。
它从一个初始的种群开始，通过模拟自然进化的过程，逐渐优化目标函数。
而多目标遗传算法则是在遗传算法的基础上进行了改进，使其能够同时优化多个目标。
多目标遗传算法的基本思想是通过保留当前种群中的一些非支配个体，并利用交叉和变异操作产生新的个体。
通过不断迭代，逐渐逼近最优解的非支配解集。
这样，我们就可以得到一系列的解，这些解都是在多个目标下都是最优的。
除了遗传算法外，Matlab还支持其他多目标决策方法，如多目标粒子群算法（MOPSO）和多目标蚁群算法（MOACO）。
这些方法在原理上有所不同，但都能够有效地解决多目标决策问题。
与多目标决策密切相关的是多目标规划。
多目标规划是一种数学优化方法，用于解决存在多个目标的问题。
在多目标规划中，我们需要同时优化多个目标函数，而不是简单地将它们合并成一个目标函数。
这使得我们可以获得一系列的最优解，而不是一个单一的最优解。
在Matlab中，我们可以使用多种多目标规划方法来解决这个问题。
其中一种常用的方法是帕累托前沿方法（Pareto Front）。
帕累托前沿是指在多目标问题中，不能通过改变一个目标而改善其他目标的解。
多目标非线性规划程序(Matlab)
function [errmsg,Z,X,t,c,fail] =BNB18(fun,x0,xstat,xl,xu,A,B,Aeq,Beq,nonlcon,setts,options1,options2,ma xSQPit,varargin);%·ÇÏßÐÔÕûÊý¹æ»®Ä£ÐÍÇó½â·ÖÖ§¶¨½çµü´úËã·¨¡£ÔÚMATLAB5.3ÖÐʹÓã¬ÐèOptimizat ion toolbox 2.0Ö§³Ö?% Minimize F(x)%subject to: xlb <= x <=xub% A*x <= B% Aeq*x=Beq% C(x)<=0% Ceq(x)=0%% x(i)¿ÉΪÁ¬Ðø±äÁ¿£¬ÕûÊý£¬»ò¹Ì¶¨Öµ% ʹÓøñʽ%[errmsg,Z,X]=BNB18('fun',x0,xstat,xl,xu,A,B,Aeq,Beq,'nonlcon',setts)%fun£º MÎļþÃû£¬±íʾ×îС»¯Ä¿±êº¯Êýf=fun(x)%x0: ÁÐÏòÁ¿£¬±íʾ±äÁ¿³õÖµ%xstat£º ÁÐÏòÁ¿£¬xstat(i)=0±íʾx(i)ΪÁ¬Ðø±äÁ¿£¬1±íʾÕûÊý£¬2±íʾ¹Ì¶¨Öµ%xl£º ÁÐÏòÁ¿£¬±íʾ±äÁ¿Ï½ç%xu: ÁÐÏòÁ¿£¬±íʾ±äÁ¿ÉϽç%A: ¾ØÕó, ±íʾÏßÐÔ²»µÈʽԼÊøϵÊý%B: ÁÐÏòÁ¿, ±íʾÏßÐÔ²»µÈʽԼÊøÉϽç%Aeq: ¾ØÕó, ±íʾÏßÐÔµÈʽԼÊøϵÊý%Beg: ÁÐÏòÁ¿, ±íʾÏßÐÔ²»µÈʽԼÊøÓÒ¶ËÖµ%nonlcon:MÎļþÃû£¬±íʾ·ÇÏßÐÔÔ¼Êøº¯Êý[C,Ceq]=nonlin(x),ÆäÖÐC(x)Ϊ²»µÈʽԼÊø,% Ceq(x)ΪµÈʽԼÊø%setts: Ëã·¨ÉèÖÃ%errmsq: ·µ»Ø´íÎóÌáʾ%Z: ·µ»ØÄ¿±êº¯Êý×îСֵ%X: ·µ»Ø×îÓŽâ%%ÀýÌâ% max x1*x2*x3% -x1+2*x2+2*x3>=0% x1+2*x2+2*x3<=72% 10<=x2<=20% x1-x2=10% ÏÈд Mº¯Êýdiscfun.m% function f=discfun(x)% f=-x(1)*x(2)*x(3);%Çó½â% clear;x0=[25,15,10]';xstat=[1 1 1]';% xl=[20 10 -10]';xu=[30 20 20]';% A=[1 -2 -2;1 2 2];B=[0 72]';Aeq=[1 -1 0];Beq=10;% [err,Z,X]=BNB18('discfun',x0,xstat,xl,xu,A,B,Aeq,Beq);% XMAX=X',ZMAX=-Z%% BNB18 Finds the constrained minimum of a function of several possibly integer variables.% Usage: [errmsg,Z,X,t,c,fail] =%BNB18(fun,x0,xstatus,xlb,xub,A,B,Aeq,Beq,nonlcon,settings,options1,opti ons2,maxSQPiter,P1,P2,...)%% BNB solves problems of the form:% Minimize F(x) subject to: xlb <= x0 <=xub% A*x <= B Aeq*x=Beq% C(x)<=0 Ceq(x)=0% x(i) is continuous for xstatus(i)=0% x(i) integer for xstatus(i)= 1% x(i) fixed for xstatus(i)=2%% BNB uses:% Optimization Toolbox Version 2.0 (R11) 09-Oct-1998% From this toolbox fmincon.m is called. For more info type help fmincon. %% fun is the function to be minimized and should return a scalar.F(x)=feval(fun,x).% x0 is the starting point for x. x0 should be a column vector.% xstatus is a column vector describing the status of every variable x(i). % xlb and xub are column vectors with lower and upper bounds for x.% A and Aeq are matrices for the linear constrains.% B and Beq are column vectors for the linear constrains.% nonlcon is the function for the nonlinear constrains.% [C(x);Ceq(x)]=feval(nonlcon,x). Both C(x) and Ceq(x) should be column vectors.%% errmsg is a string containing an error message if BNB found an erro r in the input.% Z is the scalar result of the minimization, X the values of the accompanying variables.% t is the time elapsed while the algorithm BNB has run, c is the number of BNB cycles and% fail is the number of unsolved leaf sub-problems.%% settings is a row vector with settings for BNB:% settings(1) (standard 0) if 1: use phase 1 by relaxation. This sometimes makes the algorithm% faster, because phase 1 means the algorithm first checks if there is a feasible solution% for a sub-problem before trying to find a best solution. If there is no feasible solution BNB% will not try to find a best solution.% settings(2) (standard 0) if 1: if the sub-problem did not converge do not branch. If a sub-% problem did not converge this means BNB did not find a solution for it. Normally BNB will% branch the problem so it can try again to find a solution.% A sub-problem that is a leaf of the branch-and-bound-three can not be branched. If such% a problem does not converge it will be considered unfeasible and the parameter fail will be% raised by one.% settings(3) (standard 0) if 1: if 1 a sub-problem that did not converge but did return a feasible% point will be considered convergent. This might be useful if fmincon is having a hard time with% a certain problem but you do want some results.% options1 and options2 are options structures for phase 1 and phase 2.% For details about the options structure type help optimset.% maxSQPiter is a global variable used by fmincon (if modified as described in bnb18.m).% maxSQPiter is 1000 by default.% P1,P2,... are parameters to be passed to fun and nonlcon.% F(x)=feval(fun,x,P1,P2,...). [C(x);Ceq(x)]=feval(nonlcon,x,P1,P2,...). % Type edit BNB18 for more info.% E.C. Kuipers% e-mail E.C.Kuipers@cpedu.rug.nl% FI-Lab% Applied Physics% Rijksuniversiteit Groningen% To get rid of bugs and to stop fmincon from hanging make the following chances:%% In optim/private/nlconst.m ($Revision: 1.20 $ $Date: 1998/08/24 13:46:15 $):% Get EXITFLAG independent of verbosity.% After the lines: disp(' less than 2*options.TolFun but constraints are not satisfied.')% end% EXITFLAG = -1;% end% end% status=1;% add the line: if (strncmp(howqp, 'i',1) & mg > 0), EXITFLAG = -1; end; %% In optim/private/qpsub.m ($Revision: 1.21 $ $Date: 1998/09/01 21:37:56 $):% Stop qpsub from hanging.% After the line: % Andy Grace 7-9-90. Mary Ann Branch 9-30-96.% add the line: global maxSQPiter;% and changed the line: maxSQPiters = Inf;% to the line: if exist('maxSQPiter','var'), maxSQPiters = maxSQPiter; else maxSQPiters=inf; end;% I guess there was a reason to put maxSQPiters at infinity, but this works fine for me.global maxSQPiter;% STEP 0 CHECKING INPUTZ=[]; X=[]; t=0; c=0; fail=0;if nargin<2, errmsg='BNB needs at least 2 input arguments.'; return; end; if isempty(fun), errmsg='No fun found.'; return; end;if isempty(x0), errmsg='No x0 found.'; return;elseif size(x0,2)>1, errmsg='x0 must be a column vector.'; return; end; xstatus=zeros(size(x0));if nargin>2 & ~isempty(xstat)if all(size(xstat)<=size(x0))xstatus(1:size(xstat))=xstat;else errmsg='xstatus must be a column vector the same size as x0.'; return;end;if any(xstatus~=round(xstatus) | xstatus<0 | 2<xstatus)errmsg='xstatus must consist of the integers 0,1 en 2.'; return;end;end;xlb=zeros(size(x0));xlb(find(xstatus==0))=-inf;if nargin>3 & ~isempty(xl)if all(size(xl)<=size(x0))xlb(1:size(xl,1))=xl;else errmsg='xlb must be a column vector the same size as x0.'; return;end;end;if any(x0<xlb)errmsg='x0 must be in the range xlb <= x0.'; return;elseif any(xstatus==1 & (~isfinite(xlb) | xlb~=round(xlb)))errmsg='xlb(i) must be an integer if x(i) is an integer variabele.'; return;end;xlb(find(xstatus==2))=x0(find(xstatus==2));xub=ones(size(x0));xub(find(xstatus==0))=inf;if nargin>4 & ~isempty(xu)if all(size(xu)<=size(x0))xub(1:size(xu,1))=xu;else errmsg='xub must be a column vector the same size as x0.'; return;end;end;if any(x0>xub)errmsg='x0 must be in the range x0 <=xub.'; return;elseif any(xstatus==1 & (~isfinite(xub) | xub~=round(xub)))errmsg='xub(i) must be an integer if x(i) is an integer variabale.'; return;end;xub(find(xstatus==2))=x0(find(xstatus==2));if nargin>5if~isempty(A) & size(A,2)~=size(x0,1), errmsg='Matrix A not correct.'; return; end;else A=[]; end;if nargin>6if~isempty(B) & any(size(B)~=[size(A,1) 1]), errmsg='Column vector B not correct.'; return; end;else B=[]; end;if isempty(A) & ~isempty(B), errmsg='A and B should only be nonempty together.'; return; end;if isempty(B) & ~isempty(A), B=zeros(size(A,1),1); end;if nargin>7 & ~isempty(Aeq)if size(Aeq,2)~=size(x0,1), errmsg='Matrix Aeq not correct.'; return; end;else Aeq=[]; end;if nargin>8if ~isempty(Beq) & any(size(Beq)~=[size(Aeq,1) 1]), errmsg='Column vector Beq not correct.'; return; end;else Beq=[]; end;if isempty(Aeq) & ~isempty(Beq), errmsg='Aeq and Beq should only be nonempty together'; return; end;if isempty(Beq) & ~isempty(Aeq), Beq=zeros(size(Aeq,1),1); end;if nargin<10, nonlcon=''; end;settings = [0 0 0];if nargin>10 & ~isempty(setts)if all(size(setts)<=size(settings))settings(setts~=0)=setts(setts~=0);else errmsg='settings should be a row vector of length 3.'; return; end; end;if nargin<12, options1=[]; end;options1=optimset(optimset('fmincon'),options1);if nargin<13, options2=[]; end;options2=optimset(optimset('fmincon'),options2);if nargin<14, maxSQPiter=1000;elseif isnumeric(maxSQPit) & all(size(maxSQPit))==1 & maxSQPit>0 &round(maxSQPit)==maxSQPitmaxSQPiter=maxSQPit;else errmsg='maxSQPiter must be an integer >0'; return; end;eval(['z=',fun,'(x0,varargin{:});'],'errmsg=''fun caused error.''; return;');if ~isempty(nonlcon)eval(['[C, Ceq]=',nonlcon,'(x0,varargin{:});'],'errmsg=''nonlcon caused error.''; return;');if size(C,2)>1 | size(Ceq,2)>1, errmsg='C en Ceq must be column vectors.'; return; end;end;% STEP 1 INITIALISATIONcurrentwarningstate=warning;warning off;tic;lx = size(x0,1);z_incumbent=inf;x_incumbent=inf*ones(size(x0));I =ceil(sum(log2(xub(find(xstatus==1))-xlb(find(xstatus==1))+1))+size(find (xstatus==1),1)+1);stackx0=zeros(lx,I);stackx0(:,1)=x0;stackxlb=zeros(lx,I);stackxlb(:,1)=xlb;stackxub=zeros(lx,I);stackxub(:,1)=xub;stacksize=1;xchoice=zeros(size(x0));if ~isempty(Aeq)j=0;for i=1:size(Aeq,1)if Beq(i)==1 & all(Aeq(i,:)==0 | Aeq(i,:)==1)J=find(Aeq(i,:)==1);if all(xstatus(J)~=0 & xchoice(J)==0 & xlb(J)==0 & xub(J)==1) if all(xstatus(J)~=2) | all(x0(J(find(xstatus(J)==2)))==0)j=j+1;xchoice(J)=j;if sum(x0(J))==0, errmsg='x0 not correct.'; return; end;end;end;end;end;end;errx=optimget(options2,'TolX');errcon=optimget(options2,'TolCon');fail=0;c=0;% STEP 2 TERMINIATIONwhile stacksize>0c=c+1;% STEP 3 LOADING OF CSPx0=stackx0(:,stacksize);xlb=stackxlb(:,stacksize);xub=stackxub(:,stacksize);x0(find(x0<xlb))=xlb(find(x0<xlb));x0(find(x0>xub))=xub(find(x0>xub));stacksize=stacksize-1;% STEP 4 RELAXATION% PHASE 1con=BNBCON(x0,A,B,Aeq,Beq,xlb,xub,nonlcon,varargin{:});if abs(con)>errcon & settings(1)~=0[x1 dummyfeasflag]=fmincon('0',x0,A,B,Aeq,Beq,xlb,xub,nonlcon,options1,varargin{ :});if settings(3) & feasflag==0con=BNBCON(x1,A,B,Aeq,Beq,xlb,xub,nonlcon,varargin{:});if con<errcon, feasflag=1; end;end;else x1=x0; feasflag=1; end;% PHASE 2if feasflag>0[x zconvflag]=fmincon(fun,x1,A,B,Aeq,Beq,xlb,xub,nonlcon,options2,varargin{ :});if settings(3) & convflag==0con=BNBCON(x,A,B,Aeq,Beq,xlb,xub,nonlcon,varargin{:});if con<errcon, convflag=1; end;end;else convflag=feasflag; end;% STEP 5 FATHOMINGK = find(xstatus==1 & xlb~=xub);separation=1;if convflag<0 | (convflag==0 & settings(2))% FC 1separation=0;elseif z>=z_incumbent & convflag>0% FC 2separation=0;elseif all(abs(round(x(K))-x(K))<errx) & convflag>0% FC 3z_incumbent = z;x_incumbent = x;separation = 0;end;% STEP 6 SELECTIONif separation == 1 & ~isempty(K)dzsep=-1;for i=1:size(K,1)dxsepc = abs(round(x(K(i)))-x(K(i)));if dxsepc>=errx | convflag==0xsepc = x; xsepc(K(i))=round(x(K(i)));dzsepc = abs(feval(fun,xsepc,varargin{:})-z);if dzsepc>dzsepdzsep=dzsepc;ixsep=K(i);end;end;end;% STEP 7 SEPARATIONif xchoice(ixsep)==0% XCHOICE==0branch=1;domain=[xlb(ixsep) xub(ixsep)];while branch==1xboundary=(domain(1)+domain(2))/2;if x(ixsep)<xboundarydomainA=[domain(1) floor(xboundary)];domainB=[floor(xboundary+1) domain(2)];elsedomainA=[floor(xboundary+1) domain(2)];domainB=[domain(1) floor(xboundary)];end;stacksize=stacksize+1;stackx0(:,stacksize)=x;stackxlb(:,stacksize)=xlb;stackxlb(ixsep,stacksize)=domainB(1);stackxub(:,stacksize)=xub;stackxub(ixsep,stacksize)=domainB(2);if domainA(1)==domainA(2)stacksize=stacksize+1;stackx0(:,stacksize)=x;stackxlb(:,stacksize)=xlb;stackxlb(ixsep,stacksize)=domainA(1);stackxub(:,stacksize)=xub;stackxub(ixsep,stacksize)=domainA(2);branch=0;elsedomain=domainA;branch=1;end;end;else% XCHOICE~=0L=find(xchoice==xchoice(ixsep));M=intersect(K,L);[dummy,N]=sort(x(M));part1=M(N(1:floor(size(N)/2)));part2=M(N(floor(size(N)/2)+1:size(N)));stacksize=stacksize+1;stackx0(:,stacksize)=x;O = (1-sum(stackx0(part1,stacksize)))/size(part1,1);stackx0(part1,stacksize)=stackx0(part1,stacksize)+O;stackxlb(:,stacksize)=xlb;stackxub(:,stacksize)=xub;stackxub(part2,stacksize)=0;stacksize=stacksize+1;stackx0(:,stacksize)=x;O = (1-sum(stackx0(part2,stacksize)))/size(part2,1);stackx0(part2,stacksize)=stackx0(part2,stacksize)+O;stackxlb(:,stacksize)=xlb;stackxub(:,stacksize)=xub;stackxub(part1,stacksize)=0;if size(part2,1)==1, stackxlb(part2,stacksize)=1; end;end;elseif separation==1 & isempty(K)fail=fail+1;end;end;% STEP 8 OUTPUTt=toc;Z = z_incumbent;X = x_incumbent;errmsg='';eval(['warning ',currentwarningstate]);function CON=BNBCON(x,A,B,Aeq,Beq,xlb,xub,nonlcon,varargin); if isempty(A), CON1=[]; else CON1 = max(A*x-B,0); end;if isempty(Aeq), CON2=[]; else CON2 = abs(Aeq*x-Beq); end; CON3 = max(xlb-x,0);CON4 = max(x-xub,0);if isempty(nonlcon)CON5=[]; CON6=[];else[C Ceq]=feval(nonlcon,x,varargin{:});CON5 = max(C,0);CON6 = abs(Ceq);end;CON = max([CON1; CON2; CON3; CON4; CON5; CON6]);。
MATLAB多目标优化计算方法
MATLAB多目标优化计算方法多目标优化是指在优化问题中存在多个目标函数的情况下，通过寻找一组解来使这些目标函数达到最优或接近最优的过程。
MATLAB中提供了多种方法来进行多目标优化计算，下面将介绍几种常用的方法。
1. 非支配排序遗传算法（Non-dominted Sorting Genetic Algorithm，NSGA）NSGA是一种经典的多目标优化算法，其思想是通过遗传算法求解优化问题。
它采用非支配排序的方法，将种群中的个体按照支配关系划分为不同的层次，然后通过选择、交叉和变异等操作来生成新的个体，最终得到一组非支配解。
2. 多目标粒子群优化算法（Multi-objective Particle Swarm Optimization，MOPSO）MOPSO是一种基于粒子群优化的多目标优化算法，它将种群中的个体看作是粒子，在过程中通过更新速度和位置来寻找最优解。
MOPSO通过使用非支配排序和拥挤度计算来维护多个目标之间的均衡，从而产生一组近似最优的解。
3. 多目标差分进化算法（Multi-objective Differential Evolution，MODE）MODE是一种基于差分进化的多目标优化算法，它通过变异和交叉操作来生成新的个体，并通过比较个体的适应度来选择最优解。
MODE采用了非支配排序和拥挤度计算来维护种群的多样性，从而得到一组较好的近似最优解。
4. 遗传算法与模拟退火的组合算法（Genetic Algorithm with Simulated Annealing，GASA）GASA是一种结合了遗传算法和模拟退火算法的多目标优化算法。
它首先使用遗传算法生成一组候选解，然后使用模拟退火算法对候选解进行优化，从而得到一组更好的近似最优解。
5. 多目标优化的精英多免疫算法（Multi-objective Optimization based on the Elitism Multi-immune Algorithm，MOEMIA）MOEMIA是一种基于免疫算法的多目标优化算法，它通过模拟生物免疫系统的免疫策略来全局最优解。
Matlab中的多目标优化算法详解
Matlab中的多目标优化算法详解多目标优化是指在优化问题中同时考虑多个目标函数的最优解。
与单目标优化问题不同，多目标优化问题的解称为“帕累托最优解”。
Matlab提供了一些强大的多目标优化算法，本文将详细介绍这些算法的原理和应用。
一、多目标优化的基本概念多目标优化问题的目标函数通常是一组相互矛盾的指标，求解该问题即要在这些指标之间找到一个平衡点。
传统的单目标优化算法无法直接应用于多目标优化问题，因为它们只能找到单个最优解。
因此，需要借助多目标优化算法来解决这类问题。
多目标优化的基本概念可以用“帕累托最优解”来描述。
帕累托最优解是指在多个目标函数下，无法通过对一个目标函数的改进而不损害其他目标函数的值。
多目标优化问题的解集是所有帕累托最优解的集合，称为“帕累托前沿”。
二、多目标优化算法的分类在Matlab中，多目标优化算法可以分为以下几类：1. 基于加权的方法：将多个目标函数加权求和，然后将多目标优化问题转化为单目标优化问题。
这类方法的优点是简单有效，但是需要人工设定权重。
2. 遗传算法：通过模拟进化的过程，搜索出多目标优化问题的解集。
遗传算法具有全局搜索的能力，但是收敛速度较慢。
3. 粒子群优化算法：通过模拟鸟群觅食行为，搜索出多目标优化问题的解集。
粒子群优化算法具有较快的收敛速度和较强的全局搜索能力。
4. 差分进化算法：通过模拟物种进化的过程，搜索出多目标优化问题的解集。
差分进化算法具有较快的收敛速度和较强的全局搜索能力。
5. 支配排序算法：通过定义支配关系，将多目标优化问题的解集划分为不同的非支配解等级。
支配排序算法能够有效地寻找帕累托最优解。
三、多目标优化算法的应用多目标优化算法在实际应用中有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用场景：1. 工程优化：在设计工程中，常常需要在多个目标之间进行权衡。
例如，在机械设计中，需要同时考虑产品的成本、质量和安全性等指标。
2. 金融投资：在金融投资领域，投资者通常需要考虑多个指标，如收益率、风险和流动性等。
用MATLAB求解线性规划
模型 1 固定风险水平，优化收益
目标函数： 约束条件：
n 1
Q=MAX (ri pi )xi
i 1
qi xi ≤a
M
(1 p )x M ， ii
xi≥ 0
i=0，1，…n
b．若投资者希望总盈利至少达到水平 k 以上，在风险最小的 情况下寻找相应的投资组合。
模型 2 固定盈利水平，极小化风险
从 a=0 开始，以步长△a=0.001对下列组合投资模型求解, 并绘图表示 a 与目 标函数最优值 Q 的对应关系:
max s.t.
Q = (-0.05, -0.27, -0.19, -0.185, -0.185) (x0,x1,x2,x3,x4) T
x0 + 1.01x1 + 1.02x2 +1.045x3 +1.065x4 =1
目标函数： R= min{max{ qixi}} 约束条件：
n
(r i
p )x
i
i
≥k，
i0
(1 pi )xi M ， xi≥ 0
i=0，1，…n
c．投资者在权衡资产风险和预期收益两方面时，希望选择 一个令自己满意的投资组合。
因此对风险、收益赋予权重 s（0＜s≤1)，s 称为投资偏好 系数.
2.当投资越分散时，投资者承担的风险越小，这与题意一致。即: 冒险的投资者会出现集中投资的情况，保守的投资者则尽量分散投资。
3.曲线上的任一点都表示该风险水平的最大可能收益和该收益要求的最 小风险。对于不同风险的承受能力，选择该风险水平下的最优投资组合。
4.在a=0.006附近有一个转折点，在这一点左边，风险增加很少时，利润增长
符号规定：
Si
matlab多目标规划
(1) 求出F R中的有效点和弱有效点，就可确定有效解和弱有效解；
(2) 对象集F R的研究可以提供—些解多目标规划的方法；
(3) 可以从几何上（例如 p 2时）对一些常用的解法加以解释。
有效解和有效点、弱有效解和弱有效点之间有如下的关系：
若已知象集F R的有效点集Fe*，则多目标规划问题的有效解集 Re*可以表示为：
则其可行域为：
R x | gi x 0, i 1,2,...,m
则根据上述模型，我们任意给定一个可行解 x R，则其对应的目标函数值Fx
是一个 p 维的向量。即有 x R Rn ，Fx [ f1 x f2 x
f p x]T Rp 。
设 FR 表 示 可 行 域 R 中 所 有 x 对 应 的 p 维 向 量 Fx 的 全 体 ， 即 ：
如图(b)所示， Rw*e a,b， Re* c, d
f x
f x
f1 x f2 x
f2 x f1 x
Re* a,b
O
ab
x
a
O a cd
b
bx
多目标规划的解集
❖ 解集之间的关系
(1)
p
若
i1
Ri*
，则 Ra*b
p
i1
Ri*
(2) Re* Rw*e R
(3) Ri* Rw*e (i 1, 2,..., p)
(4) Ra*b Re*
p
p
(5)
若 Ra*b
，则
i1
Ri*
Rw*e
，
i1
Ri*
Re*
Ra*b
(6) 若 F x 中每个 fi x 都是严格凸函数， R 是凸集，则 Re* Rw*e
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X(x1,x2,...x.n), 为决策变量
如对于求极大(max)型，其各种解定义如下： 绝对最优解：若对于任意的X，都有F(X*)≥F(X) 有效解：若不存在X，使得F(X*)≤ F(X)
弱有效解：若不存在X，使得F(X*)<F(X)
2、多目标优选问题的模型结构
可用效用函数来表示。设方案的效用是目标属 性的函数： U (x)U (f1,f2,..f.p),
并设
aij fi(xj )
且各个方案的效用函数分别为
U (xj)U (a1j,a2j,.a .p .)j,
则多目标优选模型的结构可表示如下：
ord(U X)(U(X1)U , (X2),..U ..(,Xp))T s.t. gi(X)0
hj(X)0
§10.2 多目标规划问题的求解
1、主要目标法
在有些多目标决策问题中，各种目标的重要性程
甲
资源A单位消耗
9
资源B单位消耗
4
资源C单位消耗
3
单位产品的价格
400
单位产品的利润
70
单位产品的污染
3
乙
资源限量
4
240
5
200
10
300
600
120
2
解：问题的多目标模型如下
max f 1 ( X ) 70 x 1 120 x 2 max f 2 ( X ) 400 x 1 600 x 2
f2 1
56
3
7
24
8
f
二、模型结构
多目标决策问题包含有三大要素：目标、方案和决 策者。
在多目标决策问题中，目标有多层次的含义。从最高层次 来看，目标代表了问题要达到的总目标。如确定最满意的 投资项目、选择最满意的食品。从较低层次来看，目标可 看成是体现总目标得以实现的各个具体的目标，如投资项 目的盈利要大、成本要低、风险要小；目标也可看成衡量 总目标得以实现的各个准则，如食品的味道要好，质量要 好，花费要少。
对于上述模型的三个目标，工厂 确定利润最大为主要目标。另两 个目标则通过预测预先给定的希
max( f 3 ( X )) 3 x 1 2 x 2
9 x1 4 x 2 240
4 3
x1 x1
5x2 10 x
200 2 300
x 1 , x 2 0源自望达到的目标值转化为约束条件。 经研究，工厂认为总产值至少应 达到20000个单位，而污染控制 在90个单位以下，即
其余的目标满足一定的条件，即 maxf1(X)
s.t.hgji
( (
X X
) )
0, 0,
i 1,2,...,n j 1,2,...,m
fk
(X)
k
,k
1,2,..., p
1
例题1 某工厂在一个计划期内生产甲、乙两种产品，各产品 都要消耗A，B，C三种不同的资源。每件产品对资源的单位消 耗、各种资源的限量以及各产品的单位价格、单位利润和所 造成的单位污染如下表。假定产品能全部销售出去，问每期 怎样安排生产，才能使利润和产值都最大，且造成的污染最 小？
化多目标问题为单目标问题的方法大致可分为 两类,一类是转化为一个单目标问题,另一类是转化 为多个单目标问题,关键是如何转化.
下面,我们介绍几种主要的转化方法:主要目标 法、线性加权和法、字典序法、步骤法。
§10.1多目标决策问题的特征
一、解的特点
在解决单目标问题时，我们的任务是选择一个或一组
变量X，使目标函数f(X)取得最大（或最小）。对于任意两方
精品课件
1
多目标规划模型
在现实生活中,决策的目标往往有多个,例如,对企业产品的 生产管理,既希望达到高利润,又希望优质和低消耗,还希望减少对 环境的污染等.这就是一个多目标决策的问题.又如选购一个好的计 算机系统,似乎只有一个目标,但由于要从多方面去反映,要用多个 不同的准则来衡量,比如,性能要好,维护要容易,费用要省.这些准 则自然构成了多个目标,故也是一个多目标决策问题.
案所对应的解，只要比较它们相应的目标值，就可以判断谁 优谁劣。但在多目标情况下，问题却不那么单纯了。例如，
有两个目标f1(X)，f2(X),希望它们都越大越好。下图列出在
这两个目标下共有8个解的方案。其中方案1，2，3，4称为劣 解，因为它们在两个目标值上都比方案5差，是可以淘汰的解 。而方案5，6，7，8是非劣解（或称为有效解，满意解）， 因为这些解都不能轻易被淘汰掉，它们中间的一个与其余任 何一个相比，总有一个指标更优越，而另一个指标却更差。
f2(X)40x0160x02 20000 f3(X)3x12x2 90
由主要目标法化为单目标问题
max f 1 ( X ) 70 x 1 120 x 2
用单纯形法求得其最优解为
x1 12.5,x2 26.25, f1(x) 4025, f2(x) 2075,0f3(x) 90
400 x 1 600 x 2 20000
度往往不一样。其中一个重要性程度最高和最为关键
的目标，称之为主要目标法。其余的目标则称为非主
要目标。 opt(FX)(f1(X),f2(X),...f.p,(X))T
s.t. gi(X)0
hj(X)0
例如，在上述多目标问题中，假定f1(X)为主要目标，其余p-1
个为非主要目标。这时，希望主要目标达到极大值，并要求
多目标决策问题中的方案即为决策变量，也称为 多目标问题的解。备选方案即决策问题的可行解。在多目 标决策中，有些问题的方案是有限的，有些问题 的方案是 无限的。方案有其特征或特性，称之为属性。
1、多目标规划问题的模型结构
opt(FX)(f1(X),f2(X),...f.p,(X))T s.t. gi(X)0
矛盾性、不可公度性。
一般来说,多目标决策问题有两类.一类是多目标规划问题,其 对象是在管理决策过程中求解使多个目标都达到满意结果的最优方 案.另一类是多目标优选问题,其对象是在管理决策过程中根据多个 目标或多个准则衡量和得出各种备选方案的优先等级与排序.
多目标决策由于考虑的目标多,有些目标之 间又彼此有矛盾,这就使多目标问题成为一个复杂而 困难的问题.但由于客观实际的需要,多目标决策问 题越来越受到重视,因而出现了许多解决此决策问题 的方法.一般来说,其基本途径是,把求解多目标问题 转化为求解单目标问题.其主要步骤是,先转化为单 目标问题,然后利用单目标模型的方法,求出单目标 模型的最优解,以此作为多目标问题的解.