大连理工优化方法大作业MATLAB编程

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最优化方法及其matlab程序设计

最优化方法及其matlab程序设计
最优化方法是一种利用各种技术，以提高某项工作，工程或系统
的效率为目标，并让其在某些给定基准测试中改善性能的过程。

它可
以用来提高计算机系统的性能，减少加工时间，提高生产率，等等。

Matlab是一种非常适用于最优化的程序设计语言，它拥有许多强
大的分析功能，例如数值分析、线性规划、非线性规划、二次规划、
优化算法、深度学习、图形处理和仿真等。

因此，Matlab可以帮助用
户找到最优解决方案，比如解决所谓的NP难问题，这些问题很难在
“合理”时间内找到最优解。

要在matlab中实现最优化方法，首先要定义和描述优化问题。

然后，选择合适的优化器。

一般来说，FMINCON函数可以满足大多数最优
化问题的要求，因为它可以通过求解约束和非线性问题来实现最优化。

在函数中，用户可以指定具体的约束条件、目标函数、初始解和其他
一些参数，以便更好地进行最优化。

此外，matlab中还提供了其他一些有用的优化函数，可以用于解
决更复杂的问题，包括FMINUNC、FMINBND等。

这些函数都可以实现更
高级的最优化算法，例如迭代算法、模拟退火算法、遗传算法等。

最后，用户还可以使用matlab自带的toolbox来进行最优化，例
如Optimization Toolbox。

这个工具包可以帮助用户调整参数，从而
实现最优解。

同时，它还提供了有关具体优化策略的解释，以便了解
该策略的实现方法以及它的应用范围。

总的来说，matlab可以实现各种最优化方法，无论是简单的还是
复杂的，都可以通过它找到最佳解决方案。

2016年大连理工大学优化方法上机大作业

2016年理工大学优化方法上机大作业学院：专业：班级：学号：：上机大作业1：1.最速下降法：function f = fun(x)f = (1-x(1))^2 + 100*(x(2)-x(1)^2)^2; endfunction g = grad(x)g = zeros(2,1);g(1)=2*(x(1)-1)+400*x(1)*(x(1)^2-x(2)); g(2) = 200*(x(2)-x(1)^2);endfunction x_star = steepest(x0,eps)gk = grad(x0);res = norm(gk);k = 0;while res > eps && k<=1000dk = -gk;ak =1; f0 = fun(x0);f1 = fun(x0+ak*dk);slope = dot(gk,dk);while f1 > f0 + 0.1*ak*slopeak = ak/4;xk = x0 + ak*dk;f1 = fun(xk);endk = k+1;x0 = xk;gk = grad(xk);res = norm(gk);fprintf('--The %d-th iter, the residual is %f\n',k,res); endx_star = xk;end>> clear>> x0=[0,0]';>> eps=1e-4;>> x=steepest(x0,eps)2.牛顿法：function f = fun(x)f = (1-x(1))^2 + 100*(x(2)-x(1)^2)^2; endfunction g = grad2(x)g = zeros(2,2);g(1,1)=2+400*(3*x(1)^2-x(2));g(1,2)=-400*x(1);g(2,1)=-400*x(1);g(2,2)=200;endfunction g = grad(x)g = zeros(2,1);g(1)=2*(x(1)-1)+400*x(1)*(x(1)^2-x(2)); g(2) = 200*(x(2)-x(1)^2);endfunction x_star = newton(x0,eps)gk = grad(x0);bk = [grad2(x0)]^(-1);res = norm(gk);k = 0;while res > eps && k<=1000dk=-bk*gk;xk=x0+dk;k = k+1;x0 = xk;gk = grad(xk);bk = [grad2(xk)]^(-1);res = norm(gk);fprintf('--The %d-th iter, the residual is %f\n',k,res); endx_star = xk;end>> clear>> x0=[0,0]';>> eps=1e-4;>> x1=newton(x0,eps)--The 1-th iter, the residual is 447.213595--The 2-th iter, the residual is 0.000000x1 =1.00001.00003.BFGS法：function f = fun(x)f = (1-x(1))^2 + 100*(x(2)-x(1)^2)^2; endfunction g = grad(x)g = zeros(2,1);g(1)=2*(x(1)-1)+400*x(1)*(x(1)^2-x(2)); g(2) = 200*(x(2)-x(1)^2);endfunction x_star = bfgs(x0,eps)g0 = grad(x0);gk=g0;res = norm(gk);Hk=eye(2);k = 0;while res > eps && k<=1000dk = -Hk*gk;ak =1; f0 = fun(x0);f1 = fun(x0+ak*dk);slope = dot(gk,dk);while f1 > f0 + 0.1*ak*slopeak = ak/4;xk = x0 + ak*dk;f1 = fun(xk);endk = k+1;fa0=xk-x0;x0 = xk;go=gk;gk = grad(xk);y0=gk-g0;Hk=((eye(2)-fa0*(y0)')/((fa0)'*(y0)))*((eye(2)-(y0)*(fa0)')/((fa0)'*( y0)))+(fa0*(fa0)')/((fa0)'*(y0));res = norm(gk);fprintf('--The %d-th iter, the residual is %f\n',k,res); endx_star = xk;End>> clear>> x0=[0,0]';>> eps=1e-4;>> x=bfgs(x0,eps)4.共轭梯度法：function f = fun(x)f = (1-x(1))^2 + 100*(x(2)-x(1)^2)^2; endfunction g = grad(x)g = zeros(2,1);g(1)=2*(x(1)-1)+400*x(1)*(x(1)^2-x(2)); g(2) = 200*(x(2)-x(1)^2);endfunction x_star =CG(x0,eps)gk = grad(x0);res = norm(gk);k = 0;dk = -gk;while res > eps && k<=1000ak =1; f0 = fun(x0);f1 = fun(x0+ak*dk);slope = dot(gk,dk);while f1 > f0 + 0.1*ak*slopeak = ak/4;xk = x0 + ak*dk;f1 = fun(xk);endk = k+1;x0 = xk;g0=gk;gk = grad(xk);res = norm(gk);p=(gk/g0)^2;dk1=dk;dk=-gk+p*dk1;fprintf('--The %d-th iter, the residual is %f\n',k,res); endx_star = xk; end>> clear>> x0=[0,0]'; >> eps=1e-4; >> x=CG(x0,eps)上机大作业2：function f= obj(x)f=4*x(1)-x(2)^2-12;endfunction [h,g] =constrains(x) h=x(1)^2+x(2)^2-25;g=zeros(3,1);g(1)=-10*x(1)+x(1)^2-10*x(2)+x(2)^2+34;g(2)=-x(1);g(3)=-x(2);endfunction f=alobj(x) %拉格朗日增广函数%N_equ等式约束个数?%N_inequ不等式约束个数N_equ=1;N_inequ=3;global r_al pena;%全局变量h_equ=0;h_inequ=0;[h,g]=constrains(x);%等式约束部分?for i=1:N_equh_equ=h_equ+h(i)*r_al(i)+(pena/2)*h(i).^2;end%不等式约束部分for i=1:N_inequh_inequ=h_inequ+(0.5/pena)*(max(0,(r_al(i)+pena*g(i))).^2-r_al(i).^2) ;end%拉格朗日增广函数值f=obj(x)+h_equ+h_inequ;function f=compare(x)global r_al pena N_equ N_inequ;N_equ=1;N_inequ=3;h_inequ=zeros(3,1);[h,g]=constrains(x);%等式部分for i=1:1h_equ=abs(h(i));end%不等式部分for i=1:3h_inequ=abs(max(g(i),-r_al(i+1)/pena));endh1 = max(h_inequ);f= max(abs(h_equ),h1); %sqrt(h_equ+h_inequ);function [ x,fmin,k] =almain(x_al)%本程序为拉格朗日乘子算法示例算法%函数输入：% x_al:初始迭代点% r_al：初始拉格朗日乘子N-equ:等式约束个数N_inequ:不等式约束个数?%函数输出% X：最优函数点FVAL:最优函数值%============================程序开始================================ global r_al pena ; %参数（全局变量）pena=10; %惩罚系数r_al=[1,1,1,1];c_scale=2; %乘法系数乘数cta=0.5; %下降标准系数e_al=1e-4; %误差控制围max_itera=25;out_itera=1; %迭代次数%===========================算法迭代开始============================= while out_itera<max_iterax_al0=x_al;r_al0=r_al;%判断函数?compareFlag=compare(x_al0);%无约束的拟牛顿法BFGS[X,fmin]=fminunc(alobj,x_al0);x_al=X; %得到新迭代点%判断停止条件?if compare(x_al)<e_aldisp('we get the opt point');breakend%c判断函数下降度?if compare(x_al)<cta*compareFlagpena=1*pena; %可以根据需要修改惩罚系数变量elsepena=min(1000,c_scale*pena); %%乘法系数最大1000disp('pena=2*pena');end%%?更新拉格朗日乘子[h,g]=constrains(x_al);for i=1:1%%等式约束部分r_al(i)= r_al0(i)+pena*h(i);endfor i=1:3%%不等式约束部分r_al(i+1)=max(0,(r_al0(i+1)+pena*g(i)));endout_itera=out_itera+1;end%+++++++++++++++++++++++++++迭代结束+++++++++++++++++++++++++++++++++ disp('the iteration number');k=out_itera;disp('the value of constrains'); compare(x_al)disp('the opt point');x=x_al;fmin=obj(X);>> clear>> x_al=[0,0];>> [x,fmin,k]=almain(x_al)上机大作业3：1、>> clear alln=3; c=[-3,-1,-3]'; A=[2,1,1;1,2,3;2,2,1;-1,0,0;0,-1,0;0,0,-1];b=[2,5,6,0,0,0]'; cvx_beginvariable x(n)minimize( c'*x)subject toA*x<=bcvx_endCalling SDPT3 4.0: 6 variables, 3 equality constraints------------------------------------------------------------num. of constraints = 3dim. of linear var = 6*******************************************************************SDPT3: Infeasible path-following algorithms*******************************************************************version predcorr gam expon scale_dataNT 1 0.000 1 0it pstep dstep pinfeas dinfeas gap prim-obj dual-obj cputime-------------------------------------------------------------------0|0.000|0.000|1.1e+01|5.1e+00|6.0e+02|-7.000000e+01 0.000000e+00| 0:0:00| chol 1 11|0.912|1.000|9.4e-01|4.6e-02|6.5e+01|-5.606627e+00 -2.967567e+01| 0:0:01| chol 1 12|1.000|1.000|1.3e-07|4.6e-03|8.5e+00|-2.723981e+00 -1.113509e+01| 0:0:01| chol 1 13|1.000|0.961|2.3e-08|6.2e-04|1.8e+00|-4.348354e+00 -6.122853e+00| 0:0:01| chol 1 14|0.881|1.000|2.2e-08|4.6e-05|3.7e-01|-5.255152e+00 -5.622375e+00| 0:0:01| chol 1 15|0.995|0.962|1.6e-09|6.2e-06|1.5e-02|-5.394782e+00 -5.409213e+00| 0:0:01| chol 1 16|0.989|0.989|2.7e-10|5.2e-07|1.7e-04|-5.399940e+00 -5.400100e+00| 0:0:01| chol 1 17|0.989|0.989|5.3e-11|5.8e-09|1.8e-06|-5.399999e+00 -5.400001e+00| 0:0:01| chol 1 18|1.000|0.994|2.8e-13|4.3e-11|2.7e-08|-5.400000e+00 -5.400000e+00| 0:0:01| stop: max(relative gap, infeasibilities) < 1.49e-08-------------------------------------------------------------------number of iterations = 8primal objective value = -5.39999999e+00dual objective value = -5.40000002e+00gap := trace(XZ) = 2.66e-08relative gap = 2.26e-09actual relative gap = 2.21e-09rel. primal infeas (scaled problem) = 2.77e-13rel. dual " " " = 4.31e-11rel. primal infeas (unscaled problem) = 0.00e+00rel. dual " " " = 0.00e+00norm(X), norm(y), norm(Z) = 4.3e+00, 1.3e+00, 1.9e+00norm(A), norm(b), norm(C) = 6.7e+00, 9.1e+00, 5.4e+00Total CPU time (secs) = 0.71CPU time per iteration = 0.09termination code = 0DIMACS: 3.6e-13 0.0e+00 5.8e-11 0.0e+00 2.2e-09 2.3e-09-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Status: SolvedOptimal value (cvx_optval): -5.42、>> clear alln=2; c=[-2,-4]'; G=[0.5,0;0,1]; A=[1,1;-1,0;0,-1]; b=[1,0,0]'; cvx_beginvariable x(n)minimize( x'*G*x+c'*x)subject toA*x<=bcvx_endCalling SDPT3 4.0: 7 variables, 3 equality constraintsFor improved efficiency, SDPT3 is solving the dual problem.------------------------------------------------------------num. of constraints = 3dim. of socp var = 4, num. of socp blk = 1dim. of linear var = 3******************************************************************* SDPT3: Infeasible path-following algorithms*******************************************************************version predcorr gam expon scale_dataNT 1 0.000 1 0it pstep dstep pinfeas dinfeas gap prim-obj dual-obj cputime-------------------------------------------------------------------0|0.000|0.000|8.0e-01|6.5e+00|3.1e+02| 1.000000e+01 0.000000e+00| 0:0:00| chol 1 1 1|1.000|0.987|4.3e-07|1.5e-01|1.6e+01| 9.043148e+00 -2.714056e-01| 0:0:00| chol 1 1 2|1.000|1.000|2.6e-07|7.6e-03|1.4e+00| 1.234938e+00 -5.011630e-02| 0:0:00| chol 1 1 3|1.000|1.000|2.4e-07|7.6e-04|3.0e-01| 4.166959e-01 1.181563e-01| 0:0:00| chol 1 1 4|0.892|0.877|6.4e-08|1.6e-04|5.2e-02| 2.773022e-01 2.265122e-01| 0:0:00| chol 1 1 5|1.000|1.000|1.0e-08|7.6e-06|1.5e-02| 2.579468e-01 2.427203e-01| 0:0:00| chol 1 1 6|0.905|0.904|3.1e-09|1.4e-06|2.3e-03| 2.511936e-01 2.488619e-01| 0:0:00| chol 1 1 7|1.000|1.000|6.1e-09|7.7e-08|6.6e-04| 2.503336e-01 2.496718e-01| 0:0:00| chol 1 1 8|0.903|0.903|1.8e-09|1.5e-08|1.0e-04| 2.500507e-01 2.499497e-01| 0:0:00| chol 1 19|1.000|1.000|4.9e-10|3.5e-10|2.9e-05| 2.500143e-01 2.499857e-01| 0:0:00| chol 1 1 10|0.904|0.904|4.7e-11|1.3e-10|4.4e-06| 2.500022e-01 2.499978e-01| 0:0:00| chol 2 2 11|1.000|1.000|2.3e-12|9.4e-12|1.2e-06| 2.500006e-01 2.499994e-01| 0:0:00| chol 2 2 12|1.000|1.000|4.7e-13|1.0e-12|1.8e-07| 2.500001e-01 2.499999e-01| 0:0:00| chol 2 2 13|1.000|1.000|2.0e-12|1.0e-12|4.2e-08| 2.500000e-01 2.500000e-01| 0:0:00| chol 2 2 14|1.000|1.000|2.6e-12|1.0e-12|7.3e-09| 2.500000e-01 2.500000e-01| 0:0:00|stop: max(relative gap, infeasibilities) < 1.49e-08-------------------------------------------------------------------number of iterations = 14primal objective value = 2.50000004e-01dual objective value = 2.49999996e-01gap := trace(XZ) = 7.29e-09relative gap = 4.86e-09actual relative gap = 4.86e-09rel. primal infeas (scaled problem) = 2.63e-12rel. dual " " " = 1.00e-12rel. primal infeas (unscaled problem) = 0.00e+00rel. dual " " " = 0.00e+00norm(X), norm(y), norm(Z) = 3.2e+00, 1.5e+00, 1.9e+00norm(A), norm(b), norm(C) = 3.9e+00, 4.2e+00, 2.6e+00Total CPU time (secs) = 0.36CPU time per iteration = 0.03termination code = 0DIMACS: 3.7e-12 0.0e+00 1.3e-12 0.0e+00 4.9e-09 4.9e-09------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Status: SolvedOptimal value (cvx_optval): -3。

MatLab与Fortran混合编程实现结构优化和可靠性分析

ＺＨＡＯｕｌ，ＹＩＰｎＸｉ—ｉｉｇ
（ａｕｙｏｏｓｕｔｎＥｇｎｅｎＤｌｎＵｉｒｔｏＴｃｎｌｙａａ，Ｌｏｉ１０４ｈｎ）ＦｃｌｔｆＣｎｔｃｏｎｉｒｇ，ａｉｎｅｉｅｈｏｇ，Ｄｌｎｉｎｇ１６２，Ｃｉｒｉｅｉａｖｓｙｆｏｉａｎａ
２００第第３１卷６月１２年翅
ＪｕｌｆｔｅｏｒｅａｄＡｃｉｃ珀ｏｍａ０ｗａ水利与建筑工程学报ｅＲｓＩｃｓｎｒｔ】ｒｌｈｅｕ
Ｖ１１ｏ３ｏ．０Ｎ．
Ｊｎ．，２ｕ２０１
Ｍａａｔｂ与ＦｒａＬｏｔｎ混合编程实现ｒ结构优化和可靠性分析
ｓｒｔｕｃｔｅｕｒｓ．
Ｋｅｗｏｄｙｒｓ：ＭａＬａａｕｇｔｂｌｎｇａｅ；Ｆｏｔａａｇａｅ；ｍｉｉｏｒｍｍｉｇ；ｓｒｃｕａｐｉｉａｉｎ；ｓｒｔａｅｉｒｒｎｌｎｕｇｘｎｇｐｒｇａｎｔｕｔｒｌｏｔｍｚｔｏｔｕｃｕｒｌｒｌ－
ａｉｉｎａｙｉｂｌｙａｌｓｓｔ
Ｍｔａ化工具箱针对各种优化问题给出了ａＬｂ优完整的解决方案ｌ＿，内容涵盖了包括最值问题、１其ｌ
Ｆｒａ有限元程序成功连接；ｏｒｔｎ然后在Ｍａａｔｂ环境下ｌ
赵秀丽，平易
（大连理工大学建设工程学部，辽宁大连１６２）１０４
摘要：为有效利用Ｍａａｔｂ和现有Ｆ￣ａ有限元程序，Ｌｏｒｎ采用Ｍａａ与Ｆｒａ合编程。通过Ｍａａ程ｔｂＬｏｒｔｔｎ昆ｔｂＬ序接口，Ｍａａ与Ｆ￣ａ有限元程序成功连接实现平面桁架结构的静力分析；将ｔｂＬｏｒｎ然后在Ｍｔａａ￣ｌｂ环境下运用优化工具箱和统计工具箱编程实现了平面桁架的结构优化设计和可靠指标的计算。关键词：ａａ语言；ｏｒ语言；ＭｔｂＬＦ￣ａｎ混合编程；结构优化；构可靠性分析结

(整理)大连理工大学--优化作业----程序.

1.1程序（Java）public class Wolfe_Powell {public static double getFx ( double[] x ) {double x1= x[0]; double x2 = x[1];double Fx= 100 * (x2-x1*x1)* (x2-x1*x1) + (1-x1)* (1-x1) ;return Fx;}public static double[] getDeltFx ( double[] x ) {double x1= x[0]; double x2 = x[1];double [] deltFx = new double[2];deltFx [0] = -400*(x2 - x1* x1) *x1- 2*(1- x1) ;deltFx [1] = 200*(x2- x1 * x1) ;return deltFx ;}public static double getDeltFx_Sk ( double[] deltFx , double[] Sk ) { double a = 0 ;for ( int i = 0 ; i < Sk.length ; i++ ) {a = a + deltFx[ i ] * Sk[ i ] ;}return a ;}public static double getL ( double[] x, double[] s ) {double x1= x[0]; double x2 = x[1];double c1 =0.1 , c2 =0.5 ,a =0 , b=1e8 ,L= 1;double Fx0 , Fx1 ，deltFx1_Sk ,deltFx0_Sk ,temp ,temp2;double[] deltFx0 , deltFx1 ;Fx0 = getFx(x) ;deltFx0 = getDeltFx (x) ;deltFx0_Sk = getDeltFx_Sk( deltFx0 , s) ;temp = c2 * getDeltFx_Sk( deltFx0 , s) ;for ( int i=0;i< 1e8 ; i++){temp2 = -c1 * L * deltFx0_Sk ;x[0] = x1 + L *s[0] ;x[1] = x2 + L *s[1] ;Fx1 = getFx(x) ;deltFx1 = getDeltFx (x) ;deltFx1_Sk = getDeltFx_Sk (deltFx1 , s) ;if( (Fx0 - Fx1 ) >= temp2 && deltFx1_Sk >= temp){break ;}else if( (Fx0 - Fx1 ) < temp2 ){b = L ;L = (L +a) /2 ;}else if ( deltFx1_Sk < temp ) {a = L ;L = ( L + b ) / 2 >= 2*L ? (2*L):( L + b ) / 2;}}System.out.println(" L= " + L);System.out.println(" 计算次数" + i );return L ;}public static void main(String[] args) {Wolfe_Powell temp =new Wolfe_Powell();double [] X = { -1 ,1 } ; double [] sk = { 1 ,1} ; temp.getL( X ,sk) ;}}1.2实验结果步长L = 0.00390625 x =[-0.9992 , 1.0324] 计算次数82.1程序（Java）public class GongE {public static double getFx ( double[] x ) {double x1= x[0];double x2 = x[1];double Fx= x1*x1 - 2*x1*x2 + 2*x2*x2 +x3*x3 - x2*x3 +2 * x1 +3*x2 -x3 ; return Fx;}public static double[] getDeltFx ( double[] x ) {double x1= x[0];double x2 = x[1];double [] deltFx = new double[x.length];deltFx [0] = 2*x1 - 2*x2+2 ;deltFx [1] = -2*x1 +4*x2 - x3 +3;deltFx [2] = 2*x3 -x2 -1 ;return deltFx ;}public static double[] getX ( double[] x ) {double[] g0,g1;double[] s0= new double[x.length];double[] s1=new double[x.length];double g0_L,g1_L ,L ,temp;double[] x0 =x ;int k =0 ;g0 = getDeltFx ( x0 ) ;for ( int j = 0 ; j < x.length ; j++ ) {s0[ j ] = -g0[ j ] ;}for (int i = 0 ;i<2; i ++,k++){g0 = getDeltFx ( x0 ) ;g0_L = getDeltFx_Sk ( s0 , s0 ) ;L =getL(x0,s0); // 例题一中的方法取得步长Lfor(int j=0;j<x.length ; j++){x0[j]= x0[j]+ s0[j]*L ;}g1 = getDeltFx(x0) ;g1_L = getDeltFx_Sk ( g1 , g1 );if ( Math.sqrt( g1_L )<= 1e-2 ) {break ;}else{temp = g1_L/ g0_L ;for(int j=0;j<x.length ; j++){s0[j] = -g1[j] + temp * s0[j];}} }return x0;}public static void main(String[] args) {GongE temp =new GongE();double [] x = { 1,1 } ;double[] result = temp.getX(x) ;for ( int i = 0 ; i < x.length ; i++ ) {System.out.println ( "result[" + i + "]=" + result[ i ] ) ;} } }2.2实验结果最优点x*=[-4,-3,-1] 最优解f*=-83.1公用程序（Java）public static double getFx ( double[] x ) { //取得Fx 值double x1= x[0]; double x2 = x[1];double Fx = x1 + 2 * x2 * x2 + Math.exp ( x1 * x1 + x2 * x2 ) ;return Fx ;}public static double[] getDeltFx ( double[] x ) { //取得Fx 的梯度值double x1= x[0]; double x2 = x[1];double[] deltFx = new double[ 2 ] ;deltFx[ 0 ] = 1 + 2 * x1 * Math.exp ( x1 * x1 + x2 * x2 ) ;deltFx[ 1 ] = 4 * x2 + 2 * x2 * Math.exp ( x1 * x1 + x2 * x2 ) ;return deltFx ;}3.2.1最速下降法程序（Java）public class FastWay {public static double[] getX ( double[] x ) {double [] deltF0 = new double[2]; double L =0;for ( int i = 0 ; i < 1e1 ; i++ ) {deltF0 = getDeltFx(x);for(int j=0 ;j <deltF0.length ;j++){ //取得负梯度deltF0[j] = - deltF0[j];}L = getL ( x , deltF0 ) ; // 调用习题1的不精确搜索取得步长Lif ( Math.sqrt ( getDeltFx_Sk ( deltF0 , deltF0 ) ) <= 1e-3 ) {System.out.println ( "最终计算次数" + i ) ;System.out.println("x1=" + x[0]+" x2=" + x[1]);break ;}x[0] = x[0]+ L * deltF0[ 0 ] ; x[1]= x[1]+ L * deltF0[ 1 ] ;}return x;}public static void main ( String[] args ) {FastWay temp = new FastWay () ;double[] x0 = { 2 , 2} ; temp.getX(x0) ;}3.2.2最速下降法结果最优点X*=[-0.4194 0] 最优解f*=0.7729 计算次数count=10 3.3.1牛顿法程序（Java）public static double[] getDeltFx ( double[] x ) {double x1 = x[ 0 ] ; double x2 = x[ 1 ] ;double[] one = new double[ 2 ] ;double exp =Math.exp( Math.pow(x1,2)+Math.pow(x2,2)) ;one[ 0 ] = 1+ 2*x1*exp ; one[ 1 ] = 4* x2 +2*x2*exp ;double[][] two = new double[2][2] ;two[0][0] = 2*exp *(1+2*Math.pow(x1,2)) ;two[1][1] = 2*exp *(1+2*Math.pow(x2,2)) +4 ;double[] deltFx = new double[ 2 ] ;for (int i = 0 ; i < 2 ; i++ ) {deltFx[0] = one[ 0 ]/two[0][0] ;deltFx[1] = one[ 1 ]/two[1][1] ;}return deltFx;}public static void main ( String[] args ) {double[] x = { 1 , 0} ;double[] DeltFx = new double [2] ;for(int i =0 ;i <1e3;i++){DeltFx = getDeltFx(x);x[0] = x[0]- DeltFx[0];x[1] = x[1]- DeltFx[1];if( Math.sqrt( getDeltFx_Sk(DeltFx,DeltFx ) ) <= 1e-4){System.out.println("计算次数为" + i);break ;}}System.out.println(" x1= " +x[0] +" x2= " + x[1] +"\n") ;System.out.println(" Fx= " +getFx(x)) ;}3.3.2牛顿法结果最优点X*=[ -0.4194 , 0] 最优解f*= 0.7729 计算次数count=5 3.4.1 BFGS法程序（matlab）function [x,val,k] = bfgs(fun,gfun,x0)maxk=1000; sigma=0.4; rho=0.55 ; epsion=1e-5;k=0 ; n =length(x0); Bk=eye(n); %Bk=feval('Hess',x0);while (k<maxk)gk=feval(gfun,x0);if(norm(gk)<epsion),break;end;dk=-Bk\gk;m=0;mk=0;while(m<20)newf=feval(fun,x0+rho^m*dk)oldf=feval(fun,x0)if(newf<oldf+sigma*rho^m*gk'*dk)mk=m;break;endm=m+1;endx=x0+rho^mk*dk;sk=x-x0;yk=feval(gfun,x)-gk;if(yk'*sk>0)Bk=Bk-(Bk*sk*sk'*Bk)/(sk'*Bk*sk)+(yk*yk')/(yk'*sk);end;k=k+1; x0=x;endval=feval(fun,x0);3.4.2 BFGS法结果最优点X*=[-0.4194 0] 最优解f*=0.7729 计算次数count=44.1 有效集法（matlab）4.1.1 主程序function[x , Lagrange , exitflag , output]= TwoProg (H,c,Ae,be,Ai,bi,x0)n=length(x0); x=x0; ni=length(bi); ne=length(be); Lagrange =zeros(ne+ni,1); index=ones(ni,1); for(i=1:ni)if(Ai(i,:)*x>bi(i)+1e-9),index(i)=0;endend%算法主程序k=0;while(k<=1e4)%求解子问题Temp=[];if(ne>0),Temp=Ae ; endfor(j=1:ni)if(index(j)>0),Temp=[Temp;Ai(j,:)];endendgk=H*x+c;[m1,n1]=size(Temp);[dk,Lagrange ]=SubPro (H,gk , Temp,zeros(m1,1));if(norm(dk)<= 1.0e-6)y=0.0;if(length(Lagrange )>ne)[y,jk]=min(Lagrange (ne+1:length(Lagrange )));endif(y>=0)exitflag=0;elseexitflag=1;for(i=1:ni)if(index(i)&(ne+sum(index(1:i)))==jk)index(i)=0;break;endendendk=k+1;elseexitflag=1;%求步长alpha=1.0;tm=1.0;for(i=1:ni)if((index(i)==0)&(Ai(i,:)*dk<0))tm1=(bi(i)-Ai(i,:)*x)/(Ai(i,:)*dk);if(tm1<tm)tm=tm1;ti=i;endendendalpha=min(alpha,tm);x=x+alpha*dk;if(tm<1),index(ti)=1;endendif(exitflag==0),break;endk=k+1;endoutput.fval=0.5*x'*H*x+c'*x;output.iter=k;4.1.2 目标函数function f=fun(x)x1=x(1); x2=x(2); f=eval ('x1+2*x2^2+exp(x1^2+x2^2)');4.1.3 子问题函数function[x, Lagrange ]= SubPro (H ,c, Ae, be)[m,n]=size(Ae);ginvH=pinv(H);if(m>0)rb=Ae*ginvH*c+be;Lagrange =pinv(Ae*ginvH*Ae')*rb;x=ginvH*(Ae'*Lagrange -c);elsex=-ginvH*c;Lagrange =0;end4.1.4 运行函数H=[2 -2;-2 4];c=[-2 -6]';Ae=[ ];be=[ ];Ai=[1 -2;-0.5 -0.5;1 0;0 1];bi=[-2 -1 0 0]';x0=[0 1 ]';[x,lambda,exitflag,output]=qpact(H,c,Ae,be,Ai,bi,x0)4.2 有效集法结果内部点初始点x0=[0 0] 最优点X*=[0.8 1.2] 最优解f*=-7.2 迭代次数=10 边界点初始点x0=[1 1] 最优点X*=[0.8 1.2] 最优解f*=-7.2 迭代次数=2 检验点初始点x0=[0 1] 最优点X*=[0.8 1.2] 最优解f*=-7.2 迭代次数=75.1 乘子法程序（matlab）5.1.1 chengZi程序---乘子法主程序function[x,mu,Lagrange ,output]=chengZi(fun,hf,gf,dfun,dhf,dgf,x0)sigma=2.0;count=0;innerCount=0;eta=2.0;θ=0.8;%PHR算法中的实参数θx=x0;he=feval(hf,x);gi=feval(gf,x);n=length(x);l=length(he);m=length(gi);%选取乘子向量的初始值mu=0.1*ones(l,1);Lagrange =0.1*ones(m,1);btak=10;btaold=10;%用来检验终止条件的两个值while(btak>1e-6&count<1e3 )%调用BFGS算法程序求解无约束子问题[x,ival,ik]=bfgs('Lagr','LagrTiDu',x0,fun,hf,gf,dfun,dhf,dgf,mu,Lagrange ,sigma);innerCount=innerCount+ik;he=feval(hf,x);gi=feval(gf,x);btak=0.0;for(i=1:l),btak=btak+he(i)^2; endfor(i=1:m)temp=min(gi(i),Lagrange (i)/sigma);btak=btak+temp^2;endbtak=sqrt(btak);if btak>1e-6if(count>=2&btak>θ*btaold)sigma=eta*sigma;end%更新乘子向量for(i=1:l),mu(i)=mu(i)-sigma*he(i);endfor(i=1:m)Lagrange (i)=max(0.0,Lagrange (i)-sigma*gi(i));endendcount=count+1;btaold=btak;x0=x;endf=feval(fun,x)output.inner_iter=innerCount;output.iter=count;output.bta=btak;output.fval=f;5.1.2 f1程序---目标函数function f=f1(x)f=4*x(1)-x(2)^2-12;5.1.3 h1程序---等式约束function he=h1(x)he=25-x(1)^2-x(2)^2;5.1.4 g1程序---不等式约束function gi=g1(x)gi=10*x(1)-x(1)^2+10*x(2)-x(2)^2-34;5.1.5 df1程序---目标函数的梯度文件function g=df1(x)g=[4 ,-2.0*x(2)]';5.1.6 dhe程序---等式约束（向量）函数的Jacobi矩阵（转置）function dhe=dh1(x)dhe=[-2*x(1),-2.0*x(2)]';5.1.7 dgi程序---不等式约束（向量）函数的Jacobi矩阵（转置）function dgi=dg1(x)dgi=[10-2*x(1),10-2*x(2);0,1;1,0]';5.1.8 LagrTiDu程序---增广拉格朗日函数的梯度程序function result=LagrTiDu(x,fun,hf,gf,dfun,dhf,dgf,mu,Lagrange ,sigma) result=feval(dfun,x);he=feval(hf,x);gi=feval(gf,x);dhe=feval(dhf,x);dgi=feval(dgf,x);l=length(he);m=length(gi);for(i=1:l)result=result+(sigma*he(i)-mu(i))*dhe(:,i);精品文档endfor(i=1:m)result=result+(sigma*gi(i)-Lagrange (i))*dgi(:,i);end5.1.9 Lagr程序---增广拉格朗日函数程序function result=Lagr(x,fun,hf,gf,dfun,dhf,dgf,mu,Lagrange ,sigma)f=feval(fun,x);he=feval(hf,x);gi=feval(gf,x);l=length(he);m=length(gi);result=f;s1=0.0;for(i=1:l)result=result-he(i)*mu(i);s1=s1+he(i)^2;endresult=result+0.5*sigma*s1;s2=0.0;for(i=1:m)s3=max(0.0,Lagrange (i)-sigma*gi(i));s2=s2+s3^2-Lagrange (i)^2;endresult=result+s2/(2.0*sigma);5.2 乘子法结果初始点x0=[0 , 0] 最优点X*=[1.0013，4.8987] 最优解f*= -31.9923 等式乘子向量L hu=1.0156 不等式乘子向量Lg=0.75445精品文档。

最优化方法的Matlab实现

最优化方法的Matlab实现Matlab中使用最优化方法可以使用优化工具箱。

在优化工具箱中，有多种最优化算法可供选择，包括线性规划、非线性规划、约束优化等。

下面将详细介绍如何在Matlab中实现最优化方法。

首先，需要建立一个目标函数。

目标函数是最优化问题的核心，它描述了要优化的变量之间的关系。

例如，我们可以定义一个简单的目标函数：```matlabfunction f = objFun(x)f=(x-2)^2+3;end```以上代码定义了一个目标函数`objFun`，它使用了一个变量`x`，并返回了`f`的值。

在这个例子中，目标函数是`(x-2)^2 + 3`。

接下来，需要选择一个最优化算法。

在Matlab中，有多种最优化算法可供选择，如黄金分割法、割线法、牛顿法等。

以下是一个使用黄金分割法的示例：```matlabx0=0;%初始点options = optimset('fminsearch'); % 设定优化选项```除了黄金分割法，还有其他最优化算法可供选择。

例如，可以使用`fminunc`函数调用一个无约束优化算法，或者使用`fmincon`函数调用带约束的优化算法。

对于非线性约束优化问题，想要求解最优解，可以使用`fmincon`函数。

以下是一个使用`fmincon`函数的示例：```matlabx0=[0,0];%初始点A = []; b = []; Aeq = []; beq = []; % 约束条件lb = [-10, -10]; ub = [10, 10]; % 取值范围options = optimoptions('fmincon'); % 设定优化选项```除了优化选项，Matlab中还有多个参数可供调整，例如算法迭代次数、容差等。

可以根据具体问题的复杂性来调整这些参数。

总而言之，Matlab提供了丰富的最优化工具箱，可以灵活地实现不同类型的最优化方法。

优化方法matlab

优化方法matlab对于matlab代码的优化，可以从以下几个方面入手：1. 算法优化：首先，对于算法的优化是最直接有效的方法。

通过优化算法，可以减少代码执行的时间和内存占用。

在编写代码时，可以使用更高效的算法来解决问题。

例如，对于排序问题可以使用快速排序算法代替冒泡排序算法；对于查找问题可以使用二分查找算法代替顺序查找算法。

通过选择合适的算法，可以大大提高程序的效率。

2. 向量化操作：向量化操作是matlab中常用的优化方法之一。

在matlab中，向量和矩阵操作是高效的，而循环操作是低效的。

所以，尽量使用向量和矩阵操作，避免使用循环。

例如，可以使用矩阵乘法代替循环逐个相乘，使用矩阵的元素操作代替循环逐个操作。

3. 减少内存占用：在编写matlab代码时，要注意减少内存的占用，避免不必要的内存拷贝和创建大量的临时变量。

可以使用in-place操作来减少内存使用，尽量避免为临时变量重新分配内存空间。

此外，可以使用matlab内置的函数来高效地处理矩阵和数组，避免不必要的内存开销。

4. 编译优化：matlab提供了mex函数，可以将matlab代码编译成二进制mex 文件，提高代码的执行速度。

通过编译优化，可以将matlab代码转化成C/C++代码，并拥有与C/C++相当的执行效率。

可以将matlab中的瓶颈函数使用mex进行编译优化，提高程序的运行速度。

5. 并行计算：对于一些需要进行大规模计算的问题，可以使用matlab中的并行计算工具箱来进行并行计算，提高程序的运行效率。

可以使用parfor循环来代替普通的for循环，让代码并行执行。

同时，可以使用matlab的并行计算工具箱提供的函数来进行并行计算，如parallel.pool.Constant类来创建共享的常量，parallel.pool.DataQueue类来进行数据通信等。

除了以上几个方面，还可以通过以下方式进行matlab代码的优化：6. 预分配矩阵空间：在编写matlab代码时，可以提前预分配矩阵的空间，避免动态扩展矩阵的大小。

大连理工大学MATLAB概述

工作空间
命令窗口
历史命令
命令提示符
工作路径
MATLAB变量命名规则
变量名、函数名对字母的大小写是敏感的。变量名第一个字母必须是英文字母。变量名可以包含英文字母、下划线和数字。变量名不能包含空格、标点。
MATLAB预定义变量
预定义变量名 ans eps pi
Inf或inf i或j
数据类型 int8, int16, int32, int64 uint8, uint16, uint32, uint64 single double logical char cell struct funcion_handle
说明有符号整数无符号整数单精度浮点型双精度浮点型逻辑型字符型单元数组型结构体型函数句柄型
MATLAB数值表示
缺省的数据类型为双精度浮点型
例如：3 -10 0.001 1.3e10 1.256e-6 基本操作
ceil( ), floor(), round() %取整
single( )
%单精度浮点型
double( )
%双精度浮点型
MATLAB四则运算符
运算加减乘除幂
例：计算sin(45ْ ) >>sin(45*pi/180)
Matalb中正弦函数sin就是常见的正弦函数。它的参数值是以“弧度”为单位的。 Matlab对字母大小写是敏感的。
例：计算 2ex0.5 1 的值，其中x=4.92。
>>sqrt(2*exp(4.92+0.5)+1)
Matalb中开平方—sqrt(x)，是英文square root的缩写。 Matalb中指数函数exp(x)，常见的表达方式。

大连理工大学优化方法上机作业

大连理工大学优化方法上机作业本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March优化方法上机大作业学院：电子信息与电气工程学部姓名：学号：指导老师：上机大作业（一）%目标函数function f=fun(x)f=100*(x(2)-x(1)^2)^2+(1-x(1))^2;end%目标函数梯度function gf=gfun(x)gf=[-400*x(1)*(x(2)-x(1)^2)-2*(1-x(1));200*(x(2)-x(1)^2)]; End%目标函数Hess矩阵function He=Hess(x)He=[1200*x(1)^2-400*x(2)+2,-400*x(1);-400*x(1), 200;];end%线搜索步长function mk=armijo(xk,dk)beta=0.5; sigma=0.2;m=0; maxm=20;while (m<=maxm)if(fun(xk+beta^m*dk)<=fun(xk)+sigma*beta^m*gfun(xk)'*dk) mk=m; break;endm=m+1;endalpha=beta^mknewxk=xk+alpha*dkfk=fun(xk)newfk=fun(newxk)%最速下降法function [k,x,val]=grad(fun,gfun,x0,epsilon)%功能：梯度法求解无约束优化问题：minf(x)%输入：fun，gfun分别是目标函数及其梯度，x0是初始点，% epsilon为容许误差%输出：k是迭代次数，x，val分别是近似最优点和最优值maxk=5000; %最大迭代次数beta=0.5; sigma=0.4;k=0;while(k<maxk)gk=feval(gfun,x0); %计算梯度dk=-gk; %计算搜索方向if(norm(gk)<epsilon), break;end%检验终止准则m=0;mk=0;while(m<20) %用Armijo搜索步长if(feval(fun,x0+beta^m*dk)<=feval(fun,x0)+sigma*beta^m*gk'*dk) mk=m;break;endm=m+1;endx0=x0+beta^mk*dk;k=k+1;endx=x0;val=feval(fun,x0);>> x0=[0;0];>> [k,x,val]=grad('fun','gfun',x0,1e-4)迭代次数：k =1033x =0.99990.9998val =1.2390e-008%牛顿法x0=[0;0];ep=1e-4;maxk=10;k=0;while(k<maxk)gk=gfun(x0);if(norm(gk)<ep)x=x0miny=fun(x)k0=kbreak;elseH=inv(Hess(x0));x0=x0-H*gk;k=k+1;endendx =1.00001.0000miny =4.9304e-030迭代次数k0 =2%BFGS方法function [k,x,val]=bfgs(fun,gfun,x0,varargin) %功能：梯度法求解无约束优化问题：minf(x)%输入：fun，gfun分别是目标函数及其梯度，x0是初始点，% epsilon为容许误差%输出：k是迭代次数，x，val分别是近似最优点和最优值N=1000;epsilon=1e-4;beta=0.55;sigma=0.4;n=length(x0);Bk=eye(n);k=0;while(k<N)gk=feval(gfun,x0,varargin{:});if(norm(gk)<epsilon), break;enddk=-Bk\gk;m=0;mk=0;while(m<20)newf=feval(fun,x0+beta^m*dk,varargin{:});oldf=feval(fun,x0,varargin{:});if(newf<=oldf+sigma*beta^m*gk'*dk)mk=m;break;endm=m+1;endx=x0+beta^mk*dk;sk=x-x0;yk=feval(gfun,x,varargin{:})-gk;if(yk'*sk>0)Bk=Bk-(Bk*sk*sk'*Bk)/(sk'*Bk*sk)+(yk*yk')/(yk'*sk);endk=k+1;x0=x;endval=feval(fun,x0,varargin{:});>> x0=[0;0];>> [k,x,val]=bfgs('fun','gfun',x0)k =20x =1.00001.0000val =2.2005e-011%共轭梯度法function [k,x,val]=frcg(fun,gfun,x0,epsilon,N)if nargin<5,N=1000;endif nargin<4, epsilon=1e-4;endbeta=0.6;sigma=0.4;n=length(x0);k=0;while(k<N)gk=feval(gfun,x0);itern=k-(n+1)*floor(k/(n+1));itern=itern+1;if(itern==1)dk=-gk;elsebetak=(gk'*gk)/(g0'*g0);dk=-gk+betak*d0; gd=gk'*dk;if(gd>=0),dk=-gk;endendif(norm(gk)<epsilon),break;endm=0;mk=0;while(m<20)if(feval(fun,x0+beta^m*dk)<=feval(fun,x0)+sigma*beta^m*gk'*dk) mk=m;break;endm=m+1;endx=x0+beta^m*dk;g0=gk; d0=dk;x0=x;k=k+1;endval=feval(fun,x);>> x0=[0;0];[k,x,val]=frcg('fun','gfun',x0,1e-4,1000)k =122x =1.00011.0002val =7.2372e-009上机大作业（二）%目标函数function f_x=fun(x)f_x=4*x(1)-x(2)^2-12;%等式约束条件function he=hf(x)he=25-x(1)^2-x(2)^2;end%不等式约束条件function gi_x=gi(x,i)switch icase 1gi_x=10*x(1)-x(1)^2+10*x(2)-x(2)^2-34;case 2gi_x=x(1);case 3gi_x=x(2);otherwiseend%求目标函数的梯度function L_grad=grad(x,lambda,cigma)d_f=[4;2*x(2)];d_g(:,1)=[-2*x(1);-2*x(2)];d_g(:,2)=[10-2*x(1);10-2*x(2)];d_g(:,3)=[1;0];d_g(:,4)=[0;1];L_grad=d_f+(lambda(1)+cigma*hf(x))*d_g(:,1);for i=1:3if lambda(i+1)+cigma*gi(x,i)<0L_grad=L_grad+(lambda(i+1)+cigma*gi(x,i))*d_g(:,i+1);continueendend%增广拉格朗日函数function LA=lag(x,lambda,cee)LA=fun(x)+lambda(1)*hf(x)+0.5*cee*hf(x)^2;for i=1:3LA=LA+1/(2*cee)*(min(0,lambda(i+1)+cee*gi(x,i))^2-lambda(i+1)^2); endfunction xk=BFGS(x0,eps,lambda,cigma)gk=grad(x0,lambda,cigma);res_B=norm(gk);k_B=0;a_=1e-4;rho=0.5;c=1e-4;length_x=length(x0);I=eye(length_x);Hk=I;while res_B>eps&&k_B<=10000dk=-Hk*gk;m=0;while m<=5000if lag(x0+a_*rho^m*dk,lambda,cigma)-lag(x0,lambda,cigma)<=c*a_*rho^m*gk'*dkmk=m;break;endm=m+1;endak=a_*rho^mk;xk=x0+ak*dk;delta=xk-x0;y=grad(xk,lambda,cigma)-gk;Hk=(I-(delta*y')/(delta'*y))*Hk*(I-(y*delta')/(delta'*y))+(delta*delta')/(delta'*y);k_B=k_B+1;x0=xk;gk=y+gk;res_B=norm(gk);end%增广拉格朗日法function val_min=ALM(x0,eps)lambda=zeros(4,1);cigma=5;alpha=10;k=1;res=[abs(hf(x0)),0,0,0];for i=1:3res(1,i+1)=norm(min(gi(x0,i),-lambda(i+1)/cigma)); endres=max(res);while res>eps&&k<1000xk=BFGS(x0,eps,lambda,cigma);lambda(1)=lambda(1)+cigma*hf(xk);for i=1:3lambda(i+1)=lambda(i+1)+min(0,lambda(i+1)+gi(x0,1)); endk=k+1;cigma=alpha*cigma;x0=xk;res=[norm(hf(x0)),0,0,0];for i=1:3res(1,i+1)=norm(min(gi(x0,i),-lambda(i+1)/cigma)); endres=max(res);endval_min=fun(xk);fprintf('k=%d\n',k);fprintf('fmin=%.4f\n',val_min);fprintf('x=[%.4f;%.4f]\n',xk(1),xk(2));>> x0=[0;0];>> val_min=ALM(x0,1e-4)k=10fmin=-31.4003x=[1.0984;4.8779]val_min =-31.4003上机大作业（三）A=[1 1;-1 0;0 -1];n=2;b=[1;0;0];G=[0.5 0;0 2];c=[2 4];cvx_solver sdpt3cvx_beginvariable x(n)minimize (x'*G*x-c*x)subject toA*x<=bcvx_enddisp(x)Status: SolvedOptimal value (cvx_optval): -2.40.40000.6000A=[2 1 1;1 2 3;2 2 1;-1 0 0;0 -1 0;0 0 -1]; n=3;b=[2;5;6;0;0;0];C=[-3 -1 -3];cvx_solver sdpt3cvx_beginvariable x(n)minimize (C*x)subject toA*x<=bcvx_enddisp(x)Status: SolvedOptimal value (cvx_optval): -5.40.20000.00001.600011。

大连理工优化方法大作业MATLAB编程

fun ctio n [x,dk,k]=fjqx(x,s) flag=0;a=0;b=0;k=0;d=1;while (flag==0)[p,q]=getpq(x,d,s);if (P<0)b=d;d=(d+a)/2;endif(p>=0) &&( q>=0)dk=d;x=x+d*s;flag=1;endk=k+1;if (p>=0)&&(q<0)a=d;d=min{2*d,(d+b)/2};endend%定义求函数值的函数 fun ，当输入为 x0= (x1 ， x2 )时，输出为 f function f=fun(x)f=(x(2)-x(1)A2)A2+(1-x(1)F2;function gf=gfun(x)gf=[-4*x(1)*(x (2) -x(1)A2)+2*(x(1)-1),2*(x(2)-x(1)A2)];function [p,q]=getpq(x,d,s)p=fun(x)-fun(x+d*s)+0.20*d*gfun(x)*s';q=gfun(x+d*s)*s'-0.60*gfun(x)*s';结果：x=[0,1];s=[-1,1];[x,dk,k]=fjqx(x,s)x =-0.0000 1.0000dk =1.1102e-016k =54取初始= (0.0. 0,0)r^'l用兵柜梯皮法求解下面无约東优化问题：min f (x) = x孑—2x^X2 十2x孑 + x孑H-爲—X2天3 十 2xj + 3|X2 —*3,其中步长g的选取可利用习題1戎精确一维披索.注:通过比习题验证共範梯度法求辉门无二次西数极小点至多需要“次迭代.fun ctio n f= fun( X )%所求问题目标函数f=X(1)A2-2*X(1)*X (2)+2*X(2)A2+X(3)A2+ X(4) A2-X( 2)*X(3)+2*X(1)+3*X(2)-X(3);end function g= gfun( X )%所求问题目标函数梯度g=[2*X(1)-2*X(2)+2,-2*X(1)+4*X(2)-X(3)+3,2*X (3) -X (2)-1,2*X(4)];end function [ x,val,k ] = frcg( fun,gfun,xO )%功能：用FR共轭梯度法求无约束问题最小值%输入：x0是初始点，fun和gfun分别是目标函数和梯度%输出：x、val分别是最优点和最优值，k是迭代次数maxk=5000; %最大迭代次数rho=0.5;sigma=0.4;k=0;eps=10e-6;n=length(x0);while (k<maxk)g=feval(gfun,x0); % 计算梯度 itern=k-(n+1)*floor(k/(n+1));itern=itern+1;%计算搜索方向if (itern==1)d=-g;elsebeta=(g*g')/(g0*g0');d=-g+beta*d0;gd=g'*d;if (gd>=0.0)d=-g;endendif (norm(g)<eps)break ;endm=0;mk=0;while (m<20)if(feval(fu n,xO+rhoAm*d)<feval(fu n,xO)+sigma*rhoAm*g'*d) mk=m; break ;endm=m+1;endx0=x0+rho A mk*d;val=feval(fun,x0);g0=g;d0=d;k=k+1;endx=x0;val=feval(fun,x0);end结果：>> x0=[0,0,0,0];>> [ x,val,k ] = frcg( 'fun','gfun',x0 ) x =-4.0000 -3.0000 -1.0000 0val =-8.0000k =或者function [x,f,k]=second(x)k=0;dk=dfun(x);g0=gfun(x);s=-g0;x=x+dk*s;g1=gfun(x);while (norm(g1)>=0.02)if (k==3)k=0;g0=gfun(x);s=-g0;x=x+dk*s;g1=gfun(x);else if (k<3)u=(( norm(g1))A2)/( norm(gO)A2); s=-g1+u*s;k=k+1;g0=g1;dk=dfun(x);x=x+dk*s;g1=gfun(x);endendf=fun(x);endfunction f=fun(x)f=x(1F2-2*x(1)*x (2)+2*x (2)A2+x(3)A2+x(4)A2-x (2) *x (3)+2*x(1)+3*x(2)-x(3); function gf=gfun(x)gf=[2*x(1)-2*x(2)+2,-2*x(1)+4*x(2)-x(3)+3,2*x(3)-x(2)-1,2*x(4)];function [p,q]=con(x,d)ss=-gfun(x);p=fun(x)-fun(x+d*ss)+0.2*d*gfun(x)*(ss)';q=gfun(x+d*ss)*(ss)'-0.6*gfun(x)*(ss)';function dk=dfun(x)flag=0;a=0;d=1;while (flag==0)[p,q]=con(x,d);if (p<0)b=d;d=(d+a)/2;endif (p>=0)&&(q>=0)dk=d;flag=1;endif (p>=0)&&(q<0)a=d;d=min{2*d,(d+b)/2};endEnd结果： x=[0,0,0,0];>> [x,f,k]=second(x)x =-4.0147 -3.0132-1.0090 0 f = -7.9999k = 1取初始点3 = （0」）二考虑下面无约東优化问题：min f（x）二冷 + 2x2 + exp（xf + 天孑），其中歩长Qk的选取可別用习题1或精确一维搜索•搜索方向为一HNW ♦取垃=b•取皿=R2f防）］"9耳丈啟为BFG5公式亠通过此习题体会上述三种算法的收敛速度.fun ctio n [f,x,k]=third_1(x) k=0;g=gfu n(x);while (norm(g)>=0.001) s=-g;dk=dfu n( x,s);x=x+dk*s;k=k+1;g=gfu n(x);f=fun( x);endfun ctio n f=fun(x)f=x(1)+2*x(2)A2+exp(x(1)A2+x(2)A2);fun ctio n gf=gfu n(x)gf=[1+2*x(1)*exp(x(1)A2+x(2)A2),4*x(2)+2*x(2)*(x(1)A2+x(2)A2)]; function[j_1,j_2]=con(x,d,s)j_1=fun(x)-fun(x+d*s)+0.1*d*gfun(x)*(s)'; j_2=gfun(x+d*s)*(s)'-0.5*gfun(x)*(s)'; function dk=dfun(x,s) % 获取步长 flag=0;a=0;d=1;while (flag==0)[p,q]=con(x,d,s);if (p<0)b=d;d=(d+a)/2;endif (p>=0)&&(q>=0)dk=d;flag=1;endif (p>=0)&&(q<0)a=d;d=min{2*d,(d+b)/2}; end结果：x=[0,1];[f,x,k]=third_1(x)f =0.7729x = -0.4196 0.0001k =8(1 ) 程序：function [f,x,k]=third_2(x)k=0;H=inv(ggfun(x));g=gfun(x);while (norm(g)>=0.001)s=(-H*g')';dk=dfun(x,s);x=x+dk*s;k=k+1;g=gfun(x);f=fun(x);endfunction f=fun(x)f=x(1)+2*x(2)A2+exp(x(1F2+x(2)A2);function gf=gfun(x) gf=[1+2*x(1)*exp(x(1F2+x(2)A2),4*x(2)+2*x(2)*(x(1F2+x(2)A2)]; function ggf=ggfun(x)ggf=[(4*x(1)A2+2)*exp(x(1)A2+x (2) A2),4*x(1)*x (2) *exp(x(1)A2+x(2)A2);4*x(1)*x(2)*exp(x(1)A2+x(2)A2),4+(4*x(2)A2+2)*exp(x(1)A2+x(2)A2)];function [j_1,j_2]=con(x,d,s)j_1=fun(x)-fun(x+d*s)+0.1*d*gfun(x)*(s)';j_2=gfun(x+d*s)*(s)'-0.5*gfun(x)*(s)'; function dk=dfun(x,s) % 步长获取flag=0;a=0;d=1;b=10000;while (flag==0)[p,q]=con(x,d,s);if (p<0)b=d;d=(d+a)/2;endif(p>=0)&&(q>=0)dk=d;flag=1;endif (p>=0)&&(q<0)a=d;if 2*d>=(d+b)/2d=(d+b)/2;endendEnd结果：x=[0,1];[f,x,k]=third_2(x)f =0.7729x = -0.4193 0.0001k =8(2) 程序：function [f,x,k]=third_3(x) k=0;X=cell(2);g=cell(2);X{1}=x;H=eye(2);g{1}=gfun(X{1});s=(-H*g{1}')';dk=dfun(X{1},s);X{2}=X{1}+dk*s;g{2}=gfun(X{2});while (norm(g{2})>=0.001)dg=g{2}-g{1};v=dx/(dx*dg')-(H*dg')'/(dg*H*dg');h1=H*dg'*dg*H/(dg*H*dg');h2=dx'*dx/(dx*dx');h3=dg*H*dg'*v'*v;H=H-h1+h2+h3;k=k+1;X{1}=X{2};g{1}=gfun(X{1});s=(-H*g{1}')';dk=dfun(X{1},s);X{2}=X{1}+dk*s;g{2}=gfun(X{2});norm(g{2});f=fun(x);x=X{2};endfunction f=fun(x)f=x(1)+2*x(2)A2+exp(x(1F2+x(2)A2);function gf=gfun(x)gf=[1+2*x(1)*exp(x(1)A2+x(2)A2),4*x(2)+2*x(2)*(x(1)A2+x(2)A2)];function ggf=ggfun(x)ggf=[(4*x(1)A2+2)*exp(x(1)A2+x(2)A2),4*x(1)*x(2)*exp(x(1)A2+x(2)A2);4*x(1)*x(2)* exp(x(1)A2+x(2)A2),4+(4*x(2)A2+2)*exp(x(1)A2+x(2)A2);function [p,q]=con(x,d,s)p=fun(x)-fun(x+d*s)+0.1*d*gfun(x)*(s)';q=gfun(x+d*s)*(s)'-0.5*gfun(x)*(s)';function dk=dfun(x,s)flag=0;a=0;d=1;b=10000;while (flag==0)[p,q]=con(x,d,s);if (p<0)b=d;d=(d+a)/2;if (p>=0)&&(q>=0)dk=d;flag=1;endif (p>=0)&&(q<0)a=d;if 2*d>=(d+b)/2d=(d+b)/2;else d=2*d;endendend结果：x=[0,1];[f,x,k]=third_3(x)f =0.7729x = -0.41950.0000 k=6*U 用有效集法求解下面勺勺二次规划问题:(XI 一 I)2 + (x 2 一 2.5)2 X1 - 2X2 + 2 > 0-Xi — 2>(2 + 6 > 0-Xi + 2X2 + 2 > 0xi,x 2 > 0function callqpactH=[2 0; 0 2];c=[-2 -5]';Ae=[ ]; be=[];Ai=[1 -2; -1 -2; -1 2;1 0;0 1];bi=[-2 -6 -2 0 0]';x0=[0 0]';[x,lambda,exitflag,output]=qpact(H,c,Ae,be,Ai,bi,xO)fun ctio n [x,lamk,exitflag,output]=qpact(H,c,Ae,be,Ai,bi,x0) epsilo n=1.0e-9; err=1.0e-6;k=0; x=x0; n=len gth(x); kmax=1.0e3;n e=le ngth(be); ni=le ngth(bi); lamk=zeros( ne+n i,1); in dex=ones(n i,1);for (i=1:ni)if(Ai(i,:)*x>bi(i)+epsil on), i ndex(i)=0; end while (k<=kmax)mmSi.Aee=[];if (ne>0), Aee=Ae; endfor (j=1:ni)if (index(j)>0), Aee=[Aee; Ai(j,:)]; end endgk=H*x+c;[m1,n1] = size(Aee);[dk,lamk]=qsubp(H,gk,Aee,zeros(m1,1)); if (norm(dk)<=err)y=0.0;if (length(lamk)>ne)[y,jk]=min(lamk(ne+1:length(lamk))); endif (y>=0)exitflag=0;elseexitflag=1;for (i=1:ni)if (index(i)&(ne+sum(index(1:i)))==jk) index(i)=0; break ;endendk=k+1;elseexitflag=1;alpha=1.0; tm=1.0;for (i=1:ni)if ((index(i)==0)&(Ai(i,:)*dk<0))tm1=(bi(i)-Ai(i,:)*x)/(Ai(i,:)*dk);if (tm1<tm)tm=tm1; ti=i;endendendalpha=min(alpha,tm);x=x+alpha*dk;if (tm<1), index(ti)=1; endendif (exitflag==0), break ; endk=k+1;endoutput.fval=0.5*x'*H*x+c'*x;output.iter=k;function [x,lambda]=qsubp(H,c,Ae,be) ginvH=pinv(H); [m,n]=size(Ae);if (m>0)rb=Ae*ginvH*c + be;lambda=pinv(Ae*ginvH*Ae')*rb; x=ginvH*(Ae'*lambda-c);elsex=-ginvH*c;lambda=0;end结果>>callqpactx =1.40001.7000lambda =0.8000exitflag =output =fval: -6.4500iter: 7function [x,mu,lambda,output]=multphr(fu n, hf,gf,dfu n, dhf,dgf,xO)%功能：用乘子法解一般约束问题：min f(x), s.t. h(x)=0, g(x).=0%输入：x0是初始点，fun, dfun分别是目标函数及其梯度；% hf, dhf分别是等式约束(向量)函数及其 Jacobi矩阵的转置；% gf, dgf分别是不等式约束(向量)函数及其 Jacobi矩阵的转置；%输出：x是近似最优点，mu, lambda分别是相应于等式约束和不等式约束的乘子向量% output是结构变量，输出近似极小值f,迭代次数，内迭代次数等maxk=500;c=2.0;eta=2.0;theta=0.8;k=0;i nk=0;epsilo n=0.00001;x=xO;he=feval(hf,x);gi=feval(gf,x);n=len gth(x);l=le ngth(he);m=le ngth(gi);mu=zeros(l,1);lambda=zeros(m,1);btak=10;btaold=10;while (btak>epsilon&&k<maxk)%调用BFGS算法程序求解无约束子问题[x,ival,ik]=bfgs( 'mpsi' ,'dmpsi' ,x0,fun,hf,gf,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,c);ink=ink+ik;he=feval(hf,x);gi=feval(gf,x);btak=0;for i=1:lbtak=btak+he(y2;end% 更新乘子向量for i=1:mtemp=min(gi(i),lambda(i)/c);btak=btak+temp A2;endbtak=sqrt(btak);if btak>epsilonif k>=2&&btak>theta*btaoldc=eta*c;endfor i=1:lmu(i)=mu(i)-c*he(i);endlambda(i)=max(0,lambda(i)-c*gi(i));endk=k+1;btaold=btak;x0=x;endendf=feval(fun,x);output.fval=f;output.iter=k;%增广拉格朗日函数function psi=mpsi(x,fun,hf,gf,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,c) f=feval(fun,x);he=feval(hf,x);gi=feval(gf,x);l=length(he);m=length(gi);psi=f;s1=0;for i=1:lpsi=psi-he(i)*mu(i);s仁 s1+he(y2;psi=psi+0.5*c*s1;s2=0;for i=1:ms3=max(0,lambda(i)-c*gi(i));s2=s2+s3A2-lambda(i)A2;endpsi=psi+s2/(2*c);% 不等式约束函数文件 g1.mfunction gi=g1(x)gi=10*x(1)-x(1)A2+10*x(2)-x(2)A2-34;% 目标函数的梯度文件df1.mfunction g=df1(x)g=[4, -2*x(2)]';% 等式约束(向量)函数的Jacobi 矩阵(转置)文件 dh1.m function dhe=dh1(x)dhe=[-2*x(1), -2*x(2)]'% 不等式约束(向量)函数的Jacobi 矩阵(转置)文件 dg1.m function dgi=dg1(x)dgi=[10-2*x(1), 10-2*x(2)]';function [x,val,k]=bfgs(fun,gfun,x0,varargin) maxk=500; rho=0.55;sigma=0.4;epsilon=0.00001;k=0;n=length(x0);Bk=eye(n);while (k<maxk)gk=feval(gfun,x0,varargin{:});if (norm(gk)<epsilon)break ;enddk=-Bk\gk;m=0;mk=0;while (m<20)n ewf=feval(fu n, x0+rho A m*dk,vararg in {:});oldf=feval(fun,x0,varargin{:});if(newf<oldf+sigma*rhoAm*gk'*dk) mk=m;break ;endm=m+1;endx=x0+rhoAmk*dk;sk=x-x0;yk=feval(gfun,x,varargin{:})-gk;if (yk'*sk>0)Bk=Bk-(Bk*sk*sk'*Bk)/(sk'*Bk*sk)+(yk*yk')/(yk'*sk);endk=k+1;x0=x;endval=feval(fun,x0,varargin{:});结果x=[2 2]';[x,mu,lambda,output]=multphr( 'fun' ,'hf' ,'gf1' ,'df' ,'dh' ,'dg' ,x0) x =1.00134.8987mu =0.7701lambda =0.9434output =fval: -31.9923iter: 4利用序列二次规划方法求解习题5中的约束优化问题:min 4xi 一好一 12s.t. 25 - x? —x孑=Q10x一召 + 10旳-xj - 34 > 0 X1,X2 > 0tf=[3,1,1]；A=[2,1,1;1,-1,-1];b=[2;-1];lb=[0,0,0]； x=li nprog(f,A,b,zeros(3),[0,0,0]',lb)结果：Optimization terminated.0.00000.50000.5000。

大连理工大学庞丽萍最优化方法MATLAB程序

班级：优化1班授课老师：庞丽萍姓名：学号：第二章12.（1）用修正单纯形法求解下列LP问题:>>clear>>A=[121100;123010;215001];[m,n]=size(A);b=[10;15;20];r=[-1-2-31];c=[-1-2-31];bs=[3:3];nbs=[1:4];a1=A(:,3);T=A(:,bs);a2=inv(T)*a1;b=inv(T)*b;A=[eye(m),a2];B=eye(m);xb=B\b;cb=c(bs);cn=c(nbs);con=1;M=zeros(1);while conM=M+1;t=cb/B;r=c-t*A;if all(r>=0)x(bs)=xb;x(nbs)=0;fx=cb*xb;disp(['当前解是最优解，minz=',num2str(fx)])disp('对应的最优解为,x=')disp(x)breakendrnbs=r(nbs);kk=find(rnbs==min(rnbs));k=kk(1);Anbs=A(:,nbs);yik=B\Anbs(:,k);xb=B\b;%yi0if all(yik<=0)disp('此LP问题无有限的最优解，计算结束',x)disp(xb)breakelsei=find(yik>0);w=abs(xb(i,1)./yik(i,1));l=find(w==min(w));rr=min(l);yrrk=yik(rr,1);Abs=A(:,bs);D=Anbs(:,k);Anbs(:,k)=Abs(:,rr);Abs(:,rr)=D;F=bs(rr);bs(rr)=nbs(k);nbs(k)=F;AA=[Anbs,Abs];EE=eye(m);EE(:,rr)=-yik./yrrk;Errk=EE;Errk(rr,rr)=1/yrrk;BB=Errk/B;B=inv(BB);cb=c(:,bs);xb=Errk*xb;x(bs)=xb;x(nbs)=0;fx=cb*xb;endif M>=1000disp('此问题无有限最优解')breakendend%结果当前解是最优解，minz=-15对应的最优解为,x=2.5000 2.5000 2.50000第三章30题DFP算法求函数极小点的计算程序function[x,val,k]=dfp(fun,gfun,x0)%功能:用DFP算法求解无约束问题:minf(x)%输入:x0是初始点,fun,gfun分别是目标函数及其梯度%输出:x,val分别是近似最优点和最优值,k是迭代次数.maxk=1e5;%给出最大迭代次数rho=0.55;sigma=0.4;epsilon=1e-5;k=0;n=length(x0);Hk=inv(feval('Hess',x0));%Hk=eye(n);while(k<maxk)gk=feval(gfun,x0);%计算梯度if(norm(gk)<epsilon),break;end%检验终止准则dk=-Hk*gk;%解方程组,计算搜索方向m=0;mk=0;while(m<20)%用Armijo搜索求步长if(feval(fun,x0+rho^m*dk)<feval(fun,x0)+sigma*rho^m*gk’*dk)mk=m;break;endm=m+1;end%DFP校正x=x0+rho^mk*dk;sk=x-x0;yk=feval(gfun,x)-gk;if(sk'*yk>0)Hk=Hk-(Hk*yk*yk'*Hk)/(yk'*Hk*yk)+(sk*sk')/(sk'*yk);endk=k+1;x0=x;endval=feval(fun,x0);%习题26的程序调用方式及结果：function y=fun(x)%UNTITLED Summary of this function goes here%Detailed explanation goes herey=(x(1)-1)^2+5*(x2-x(1)^2)^2endfunction y=gfun(x)%UNTITLED Summary of this function goes here%Detailed explanation goes herey=[diff(y,x1)diff(y,x2)]endx0=[20]’;[x,val,k]=dfp(fun,gfun,x0)%结果x=1.000001.00000val=k=6%习题27的程序调用方式及结果：function y=fun(x)%UNTITLED Summary of this function goes here %Detailed explanation goes herey=x1+2*x（2）^2+exp(x(1)^2+x(2)^2)endfunction y=gfun(x)%UNTITLED Summary of this function goes here %Detailed explanation goes herey=[diff(y,x1)diff(y,x2)]endx0=[10]’;[x,val,k]=dfp(fun,gfun,x0)%结果x=-0.419360val=0.77291k=536题编写Hooke-Jeeves方法求函数极小点的计算程序。

最优化方法matlab作业

实用最优化方法——matlab编程作业初值为[-1;1]其中g0、g1分别为不同x值下得导数，f0、f1为函数值MATLAB程序：x0=[-1;1];s0=[1;1];c1=0.1;c2=0.5;a=0;b=inf;d=1;n=0;x1=x0+d*s0;g0=[-400*(x0(2)-x0(1)^2)*x0(1)-2*(1-x0(1));200*(x0(2)-x0(1) ^2)];g1=[-400*(x1(2)-x1(1)^2)*x1(1)-2*(1-x1(1));200*(x1(2)-x1(1) ^2)];f1=100*(x1(2)-x1(1)^2)^2+(1-x1(1))^2;f0=100*(x0(2)-x0(1)^2)^2+(1-x0(1))^2;while((f0-f1<-c1*d*g0'*s0)||(g1'*s0<c2*g0'*s0))if ((f0-f1)<(-c1*d*g0'*s0))b=d;d=(d+a)/2;x1=x0+d*s0;g0=[-400*(x0(2)-x0(1)^2)*x0(1)-2*(1-x0(1));200*(x0 (2)-x0(1)^2)];g1=[-400*(x1(2)-x1(1)^2)*x1(1)-2*(1-x1(1));200*(x1 (2)-x1(1)^2)];f1=100*(x1(2)-x1(1)^2)^2+(1-x1(1))^2;f0=100*(x0(2)-x0(1)^2)^2+(1-x0(1))^2;elseif (((g1')*s0)<(c2*(g0')*s0))a=d;if(2*d<=(d+b)/2)d=2*d;elsed=(d+b)/2;endx1=x0+d*s0;g0=[-400*(x0(2)-x0(1)^2)*x0(1)-2*(1-x0(1));200*(x0(2) -x0(1)^2)];g1=[-400*(x1(2)-x1(1)^2)*x1(1)-2*(1-x1(1));200*(x1(2 )-x1(1)^2)];f1=100*(x1(2)-x1(1)^2)^2+(1-x1(1))^2;f0=100*(x0(2)-x0(1)^2)^2+(1-x0(1))^2;endx1df1=100*(x1(2)-x1(1)^2)^2+(1-x1(1))^2 计算结果：最优点：x1 = -0.99611.0039步长： d = 0.0039最优解：f1 = 3.9981目标函数：function f = fun2( x )f=x(1)^2-2*x(1)*x(2)+2*x(2)^2+x(3)^2-x(2)*x(3)+2*x(1)+3*x(2 )-x(3);end目标函数梯度：function g = gfun2( x )g=[2 -2 0;-2 4 -1;0 -1 2]*x+[2;3;-1];end源代码：（以初值为为（0；0；0））x0=[0;0;0]; %初始值eps=1.0e-5; %精度g0=gfun2(x0);s0=-g0;n=0;syms d1;while norm(g0)>epsif n<3g=gfun2(x0+d1*s0);d= double(solve(s0'*g));x1=x0+d*s0;g1=gfun2(x1);if norm(g1)<epsn=n+1;x0=x1;breakelses0=-g1+(norm(g1)^2/norm(g0)^2)*s0;x0=x1;g0=g1;endelseif n==3x0=x1;g0=gfun2(x0);s0=-g0;n=0;endn=n+1;x0nfun2(x0)计算结果：最优点：x0 = -4 -3 -1 迭代次数： n = 3 最优值： ans = -8（1）最速下降法：目标函数：function f= fun3_1(x )f=x(1)+2*x(2)^2+exp(x(1)^2+x(2)^2);end目标函数的梯度：function g= gfun3_1(x)g=[1+2*x(1)*exp(x(1)^2+x(2)^2);4*x(2)+2*x(2)*exp(x(1)^2+x(2 )^2)];end源代码（初值为（1；0））：x0=[1;0];%初始值eps=1.0e-5;%精度n=0;g0=gfun3(x0);syms d1;while norm(g0)>=epss0=-g0;g=gfun3(x0+d1*s0);d= double(solve(s0'*g));x1=x0+d*s0;g1=gfun3(x1);if( norm(g1)<eps)n=n+1;x0=x1;break;elsex0=x1;g0=gfun3(x0);endn=n+1;endf0=fun3(x0)x0n计算结果：最优值： f0 = 0.7729 最优点：x0 = -0.4194 0迭代次数：n = 1（2）牛顿法目标函数：function f= fun3_1(x )f=x(1)+2*x(2)^2+exp(x(1)^2+x(2)^2);end目标函数梯度：function g= gfun3_1(x)g=[1+2*x(1)*exp(x(1)^2+x(2)^2);4*x(2)+2*x(2)*exp(x(1)^2+x(2 )^2)];end目标函数的Hesse阵：function g2 = g2fun3(x)g2=[2*exp(x(1)^2+x(2)^2)+4*x(1)^2*exp(x(1)^2+x(2)^2),4*x(1) *x(2)*exp(x(1)^2+x(2)^2)4*x(1)*x(2)*exp(x(1)^2+x(2)^2),4+2*exp(x(1)^2+x(2)^2)+4*x(2 )^2*exp(x(1)^2+x(2)^2)];end源代码（初值为（1；0））：x0=[1;0];%初始值eps=1.0e-5;%精度n=0;g0=gfun3(x0);g20=g2fun3(x0);while norm(g0)>=epsd=-g20\g0;x1=x0+d;g1=gfun3(x1);if( norm(g1)<eps)n=n+1;x0=x1;break;elsex0=x1;g0=gfun3(x0);endn=n+1;endf0=fun3(x0)x0n计算结果：最优值：f0 = 0.7729最优点：x0 = -0.4194迭代次数：n = 63（3）利用BGFS法：目标函数：function f= fun3_1(x )f=x(1)+2*x(2)^2+exp(x(1)^2+x(2)^2);end目标函数梯度function g= gfun3_1(x)g=[1+2*x(1)*exp(x(1)^2+x(2)^2);4*x(2)+2*x(2)*exp(x(1)^2+x(2 )^2)];end源代码（初值为（1；0））：x0=[1;0];%初始值eps=1.0e-5;%精度n=0;g0=gfun3(x0);syms d1;h0=eye(2);while norm(g0)>=epss0=-h0*g0;g=gfun3(x0+d1*s0);d= double(solve(s0'*g));x1=x0+d*s0;g1=gfun3(x1);if( norm(g1)<eps)n=n+1;x0=x1;break;elseh0=h0-(h0*(g1-g0)*(g1-g0)'*h0)/((g1-g0)'*h0*(g1-g0))+...((x1-x0)*(x1-x0)')/((x1-x0)'*(g1-g0))+...((g1-g0)'*h0*(g1-g0))*((x1-x0)*(x1-x0)');x0=x1;g0=gfun3(x0);endn=n+1;endf0=fun3(x0)x0n计算结果：最优值：f0 = 0.7729最优点：x0 = -0.4194迭代次数：n = 1题四：求解子程序：function [x,lambda]=qsubp(H,c,Ae,be) ginvH=pinv(H);[m,n]=size(Ae);if(m>0)rb=Ae*ginvH*c + be;lambda=pinv(Ae*ginvH*Ae')*rb;x=ginvH*(Ae'*lambda-c);elsex=-ginvH*c;lambda=0;endend源代码：H=[2 0;0 2];%目标函数的hesse阵c=[-2,-4];Ae=[0 0];be=[0;0];Ai=[1/2 0;-1 3];bi=[1;2];x0=[-1;0];%初始值内部点eps=1.0e-9; %µ±ax-b=epsÊ±µ±×öax-b=0´¦Àíerr=1.0e-6;k=0;x0(1)=x0(1)+x0(2);x=x0;n=length(x);max=1.0e3;ne=length(be);ni=length(bi);lamk=zeros(ne+ni,1);index=ones(ni,1);for i=(1:ni)if(bi(i)-Ai(i,:)*x>eps)index(i)=0;。

大连理工大学矩阵分析matlab上机作业

x=zeros(n,1); %为列向量 x 预分配存储空间 y=1:n; %定义行向量 y y=y'; %把行向量 y 改成列向量 for i=1:n
x(i)=1/i; %按要求给向量 x 赋值，其值递减 end normx1=norm(x,1); %求解向量 x 的 1 范数 normx1 normx2=norm(x,2); %求解向量 x 的 2 范数 normx2 normxinf=norm(x,inf); %求解向量 x 的无穷范数 normxinf normy1=norm(y,1); %求解向量 y 的 1 范数 normy1 normy2=norm(y,2); %求解向量 y 的 2 范数 normy2 normyinf=norm(y,inf); %求解向量 y 的无穷范数 normyinf z1=[normx1,normx2,normxinf]; z2=[normy1,normy2,normyinf]; end
for i=2:n
for j=i:n U(i,j)=A(i,j)-L(i,1:i-1)*U(1:i-1,j);
式
%Doolittle 分解计算上三角矩阵的公
L(j,i)=(A(j,i)-L(j,1:i-1)*U(1:i-1,i))/U(i,i); %Doolittle 分解计算下三角矩阵的公式
end
1 1 1 �� x = (1, 2 , 3 , … , ��) ,
�� = (1,2, … , ��)��.
对n = 10，100，1000甚至更大的n计算其范数，你会发现什么结果?你能否修改
你的程序使得计算结果相对精确呢？
1.1 源代码
function [z1,z2]=norm_vector(n) %向量 z1 的值为向量 x 的是三种范数，向量 z2 的值为向量 y 的三种范数，n 为输入参数

优化方法MATLAB编程——大连理工大学

优化方法上机大作业学院：姓名：学号：指导老师：肖现涛第一题源程序如下：function zy_x = di1ti(x)%di1ti是用来求解优化作业第一题的函数。

x0=x; yimuxulong=0.000001;g0=g(x0);s0=-g0;A=2*ones(100,100);k=0;while k<100lanmed=-(g0)'*s0/(s0'*A*s0);x=x0+lanmed*s0;g=g(x);k=k+1;if norm(g)<yimuxulongzy_x=x;fprintf('After %d iterations,obtain the optimal solution.\n \n The optimal solution is \n %f.\n\nThe optimal "x" is "ans".',k,f(x) )break;endmiu=norm(g)^2/norm(g0)^2;s=-g+miu*s0;g0=g; s0=s;x0=x;endfunction f=f(x)f=(x'*ones(100,1))^2-x'*ones(100,1);function g=g(x)g=(2*x'*ones(100,1))*ones(100,1)-ones(100,1);代入x0,运行结果如下：>> x=zeros(100,1);>> di1ti(x)After 1 iterations,obtain the optimal solution.The optimal solution is-0.250000.The optimal "x" is "ans".ans =0.005*ones(100,1).第二题1.最速下降法。

大连理工大学秋季优化方法大作业

m=m+1; end x0=x0+rho^mk*d; val=feval(fun,x0); g0=g; d0=d; k=k+1; end x=x0; val=feval(fun,x);
//f(x)//
function f=fun(x) x1=[1 0]*x; x2=[0 1]*x; f=(1-x1)^2+100*(x2-x1^2)^2; //梯度函数// function g=gfun(x) x1=[1 0]*x; x2=[0 1]*x; g=[-2*(1-x1)-400*x1*(x2-x1^2); 200*(x2-x1^2)]; //运行过程// >> x0=[0 0]'
k=k+1; btaold=btak; x0=x; end f=feval(fun,x); output.fval=f; output.iter=k; output.inner_iter=ink; output.bta=btak;
//增广拉格朗日函数//
function psi=mpsi(x,fun,hf,gf,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,sigma) f=feval(fun,x); he=feval(hf,x); gi=feval(gf,x); l=length(he); m=length(gi); psi=f; s1=0.0; for(i=1:l) psi=psi-he(i)*mu(i); s1=s1+he(i)^2; end psi=psi+0.5*sigma*s1; s2=0.0; for(i=1:m) s3=max(0.0, lambda(i) - sigma*gi(i)); s2=s2+s3^2-lambda(i)^2; end psi=psi+s2/(2.0*sigma); //增广拉格朗日函数// function dpsi=dmpsi(x,fun,hf,gf,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,sigma) dpsi=feval(dfun,x); he=feval(hf,x); gi=feval(gf,x); dhe=feval(dhf,x); dgi=feval(dgf,x); l=length(he); m=length(gi); for(i=1:l) dpsi=dpsi+(sigma*he(i)-mu(i))*dhe(:,i); end for(i=1:m) dpsi=dpsi+(sigma*gi(i)-lambda(i))*dgi(:,i); end //f(x)// function f=f1(x) f=4*x(1)-x(2)^2-12; //等式约束// function he=h1(x) he=25-x(1)^2-x(2)^2;

最优化计算方法及其matlab程序实现

最优化计算方法及其matlab程序实现最优化计算是一种通过寻找最佳解决方案来解决问题的方法。

在许多实际问题中，我们希望找到使某个目标函数达到最大或最小值的变量取值。

最优化计算可以应用于各种领域，如工程、经济、物理等。

在最优化计算中，我们首先需要定义一个目标函数，它描述了我们要优化的问题。

目标函数可以是线性的也可以是非线性的，具体取决于问题的性质。

然后，我们需要确定变量的取值范围和约束条件。

最后，我们使用最优化算法来搜索最佳解。

常用的最优化算法包括梯度下降法、牛顿法、拟牛顿法等。

这些算法基于不同的原理和策略，在不同的问题中表现出不同的性能。

选择合适的最优化算法对于获得高效的求解结果非常重要。

接下来，我们将介绍如何使用Matlab编写程序来实现最优化计算方法。

Matlab是一种功能强大的数值计算和编程环境，它提供了丰富的工具箱和函数来支持最优化计算。

我们需要定义目标函数。

在Matlab中，我们可以使用函数句柄来表示目标函数。

例如，假设我们要最小化一个简单的二次函数f(x) = x^2，我们可以定义一个函数句柄如下：```matlabf = @(x) x^2;```然后，我们可以使用Matlab提供的最优化函数来搜索最佳解。

例如，使用fminsearch函数来实现梯度下降法：```matlabx0 = 1; % 初始值x = fminsearch(f, x0);```在上述代码中，x0是变量的初始值，fminsearch函数将根据梯度下降法来搜索最佳解，并将结果存储在变量x中。

除了梯度下降法，Matlab还提供了其他常用的最优化函数，如fminunc、fmincon等。

这些函数具有不同的功能和参数，可以根据具体的问题选择合适的函数来求解。

除了单变量最优化，Matlab还支持多变量最优化。

在多变量最优化中，目标函数和约束条件可以是多元函数。

我们可以使用Matlab 提供的向量和矩阵来表示多变量的取值和约束条件。

大连理工大学庞丽萍最优化方法MATLAB程序

matlab 实验三 matlab程序设计与优化

matlab 实验三 matlab程序设计与优化Matlab是一种高级的计算机编程语言，广泛应用于科学、工程、金融和其他领域。

在Matlab实验三中，我们将学习Matlab程序设计与优化。

本文将介绍Matlab实验三的内容和要求，并提供一些有用的技巧和建议，帮助读者更好地完成实验。

实验三的主要内容包括：1. Matlab程序设计基础2. Matlab程序优化技巧3. Matlab代码调试方法4. Matlab性能分析工具5. 实例分析与练习题下面我们将逐个介绍这些内容。

1. Matlab程序设计基础在本节中，我们将学习如何使用Matlab编写简单的程序。

以下是一些重要的概念和技巧：1）变量和数据类型：在Matlab中，变量可以存储不同类型的数据，如数字、字符串、逻辑值等。

常见的数据类型包括double、char、logical等。

2）运算符：Matlab支持各种数学运算符，包括加减乘除、幂运算等。

此外，还有逻辑运算符（如and、or）和比较运算符（如==、~=）。

3）控制结构：控制结构可以控制程序执行流程。

常见的控制结构包括if语句、for循环和while循环。

4）函数：函数是一种可重复使用的代码块，可以接受输入参数并返回输出结果。

Matlab中有很多内置函数，也可以编写自己的函数。

2. Matlab程序优化技巧在本节中，我们将学习如何优化Matlab程序以提高其性能。

以下是一些重要的技巧：1）向量化：向量化是一种将循环操作转换为矩阵操作的技术。

这样可以减少程序执行时间，并且使代码更简洁。

2）预分配数组：在编写Matlab程序时，应尽可能避免动态数组分配。

相反，应该预先分配所需大小的数组。

3）使用内置函数：Matlab中有许多内置函数，它们通常比用户自定义函数更快。

因此，在编写程序时应尽可能使用内置函数。

4）避免不必要的计算：在编写程序时，应尽可能避免不必要的计算。

例如，在循环中进行重复计算或计算已知结果等。

大连理工大学矩阵与数值分析MATLAB上机实验

二、解线性方程组 1．分别 Jacobi 迭代法和 Gauss-Seidel 迭代法求解线性方程组
3 1 0 0 x1 1 1 3 1 0 x2 0 , 0 1 2 1 x3 0 0 0 1 3 x4 0
Gauss 列主元消去法程序:
clc; clear; format long a=[2,4,3,1;8,2,0,0;5,0,4,0;9,0,0,5]; %系数矩阵 b=[12;6;23;16]; [n,m]=size(a); nb=length(b); det=1; for k=1:n-1 amax=0; for i=k:n if abs(a(i,k))>amax amax=abs(a(i,k)); r=i; end end if amax<1e-10 return; end if r>k for j=k:n z=a(k,j); a(k,j)=a(r,j); a(r,j)=z; end z=b(k);
从小到大求和程序计算结果：
N 100 10000 1000000 从小到大求和程序得到的 SN 0.497512437810945 0.499975001249937 0.499999750000134 真实值�� = �� 2�� + 1 0.497512437810945 0.499975001249937 0.499999750000125 计算值有效位数 15 15 13
8
2
1 dx x
复化梯形公式程序
clc; clear; format long syms t m=int(1/t,2,8); %真实值 a=2; b=8; n=300; h=(b-a)/n; sum=0; f=inline('1/x'); for i=1:n-1 sum=sum+f(a+i.*h); end T=h/2*(f(a)+2*sum+f(b))

大连理工大学优化方法上机大作业

学院：专业：班级：学号：姓名：上机大作业1：1.最速下降法：function f = fun(x)f = (1-x(1))^2 + 100*(x(2)-x(1)^2)^2; endfunction g = grad(x)g = zeros(2,1);g(1)=2*(x(1)-1)+400*x(1)*(x(1)^2-x(2)); g(2) = 200*(x(2)-x(1)^2);endfunction x_star = steepest(x0,eps) gk = grad(x0);res = norm(gk);k = 0;while res > eps && k<=1000dk = -gk;ak =1; f0 = fun(x0);f1 = fun(x0+ak*dk);slope = dot(gk,dk);while f1 > f0 + *ak*slopeak = ak/4;xk = x0 + ak*dk;f1 = fun(xk);endk = k+1;x0 = xk;gk = grad(xk);res = norm(gk);fprintf('--The %d-th iter, the residual is %f\n',k,res); endx_star = xk;end>> clear>> x0=[0,0]';>> eps=1e-4;>> x=steepest(x0,eps)2.牛顿法：function f = fun(x)f = (1-x(1))^2 + 100*(x(2)-x(1)^2)^2; endfunction g = grad2(x)g = zeros(2,2);g(1,1)=2+400*(3*x(1)^2-x(2));g(1,2)=-400*x(1);g(2,1)=-400*x(1);g(2,2)=200;endfunction g = grad(x)g = zeros(2,1);g(1)=2*(x(1)-1)+400*x(1)*(x(1)^2-x(2)); g(2) = 200*(x(2)-x(1)^2);endfunction x_star = newton(x0,eps)gk = grad(x0);bk = [grad2(x0)]^(-1);res = norm(gk);k = 0;while res > eps && k<=1000dk=-bk*gk;xk=x0+dk;k = k+1;x0 = xk;gk = grad(xk);bk = [grad2(xk)]^(-1);res = norm(gk);fprintf('--The %d-th iter, the residual is %f\n',k,res); endx_star = xk;end>> clear>> x0=[0,0]';>> eps=1e-4;>> x1=newton(x0,eps)--The 1-th iter, the residual is--The 2-th iter, the residual isx1 =法：function f = fun(x)f = (1-x(1))^2 + 100*(x(2)-x(1)^2)^2; endfunction g = grad(x)g = zeros(2,1);g(1)=2*(x(1)-1)+400*x(1)*(x(1)^2-x(2)); g(2) = 200*(x(2)-x(1)^2);endfunction x_star = bfgs(x0,eps) g0 = grad(x0);gk=g0;res = norm(gk);Hk=eye(2);k = 0;while res > eps && k<=1000dk = -Hk*gk;ak =1; f0 = fun(x0);f1 = fun(x0+ak*dk);slope = dot(gk,dk);while f1 > f0 + *ak*slopeak = ak/4;xk = x0 + ak*dk;f1 = fun(xk);endk = k+1;fa0=xk-x0;x0 = xk;go=gk;gk = grad(xk);y0=gk-g0;Hk=((eye(2)-fa0*(y0)')/((fa0)'*(y0)))*((eye(2)-(y0)*(fa0)')/((fa0)'*(y0)))+(fa0*(fa 0)')/((fa0)'*(y0));res = norm(gk);fprintf('--The %d-th iter, the residual is %f\n',k,res);endx_star = xk;End>> clear>> x0=[0,0]';>> eps=1e-4;>> x=bfgs(x0,eps)4.共轭梯度法：function f = fun(x)f = (1-x(1))^2 + 100*(x(2)-x(1)^2)^2; endfunction g = grad(x)g = zeros(2,1);g(1)=2*(x(1)-1)+400*x(1)*(x(1)^2-x(2)); g(2) = 200*(x(2)-x(1)^2);endfunction x_star =CG(x0,eps) gk = grad(x0);res = norm(gk);k = 0;dk = -gk;while res > eps && k<=1000 ak =1; f0 = fun(x0);f1 = fun(x0+ak*dk);slope = dot(gk,dk);while f1 > f0 + *ak*slope ak = ak/4;xk = x0 + ak*dk;f1 = fun(xk);endk = k+1;x0 = xk;g0=gk;gk = grad(xk);res = norm(gk);p=(gk/g0)^2;dk1=dk;dk=-gk+p*dk1;fprintf('--The %d-th iter, the residual is %f\n',k,res); endx_star = xk;end>> clear>> x0=[0,0]';>> eps=1e-4;>> x=CG(x0,eps)上机大作业2：function f= obj(x)f=4*x(1)-x(2)^2-12;endfunction [h,g] =constrains(x) h=x(1)^2+x(2)^2-25;g=zeros(3,1);g(1)=-10*x(1)+x(1)^2-10*x(2)+x(2)^2+34;g(2)=-x(1);g(3)=-x(2);endfunction f=alobj(x) %拉格朗日增广函数%N_equ等式约束个数?%N_inequ不等式约束个数N_equ=1;N_inequ=3;global r_al pena;%全局变量h_equ=0;h_inequ=0;[h,g]=constrains(x);%等式约束部分?for i=1:N_equh_equ=h_equ+h(i)*r_al(i)+(pena/2)*h(i).^2;end%不等式约束部分for i=1:N_inequh_inequ=h_inequ+pena)*(max(0,(r_al(i)+pena*g(i))).^2-r_al(i).^2); end%拉格朗日增广函数值f=obj(x)+h_equ+h_inequ;function f=compare(x)global r_al pena N_equ N_inequ;N_equ=1;N_inequ=3;h_inequ=zeros(3,1);[h,g]=constrains(x);%等式部分for i=1:1h_equ=abs(h(i));end%不等式部分for i=1:3h_inequ=abs(max(g(i),-r_al(i+1)/pena));endh1 = max(h_inequ);f= max(abs(h_equ),h1); %sqrt(h_equ+h_inequ);function [ x,fmin,k] =almain(x_al)%本程序为拉格朗日乘子算法示例算法%函数输入：% x_al:初始迭代点% r_al：初始拉格朗日乘子N-equ:等式约束个数N_inequ:不等式约束个数?%函数输出% X：最优函数点FVAL:最优函数值%============================程序开始================================ global r_al pena ; %参数（全局变量）pena=10; %惩罚系数r_al=[1,1,1,1];c_scale=2; %乘法系数乘数cta=; %下降标准系数e_al=1e-4; %误差控制范围max_itera=25;out_itera=1; %迭代次数%===========================算法迭代开始============================= while out_itera<max_iterax_al0=x_al;r_al0=r_al;%判断函数?compareFlag=compare(x_al0);%无约束的拟牛顿法BFGS[X,fmin]=fminunc(@alobj,x_al0);x_al=X; %得到新迭代点%判断停止条件?if compare(x_al)<e_aldisp('we get the opt point');breakend%c判断函数下降度?if compare(x_al)<cta*compareFlagpena=1*pena; %可以根据需要修改惩罚系数变量elsepena=min(1000,c_scale*pena); %%乘法系数最大1000disp('pena=2*pena');end%%?更新拉格朗日乘子[h,g]=constrains(x_al);for i=1:1%%等式约束部分r_al(i)= r_al0(i)+pena*h(i);endfor i=1:3%%不等式约束部分r_al(i+1)=max(0,(r_al0(i+1)+pena*g(i)));endout_itera=out_itera+1;end%+++++++++++++++++++++++++++迭代结束+++++++++++++++++++++++++++++++++ disp('the iteration number');k=out_itera;disp('the value of constrains'); compare(x_al)disp('the opt point');x=x_al;fmin=obj(X);>> clear>> x_al=[0,0];>> [x,fmin,k]=almain(x_al)上机大作业3： 1、>> clear alln=3; c=[-3,-1,-3]'; A=[2,1,1;1,2,3;2,2,1;-1,0,0;0,-1,0;0,0,-1];b=[2,5,6,0,0,0]';cvx_beginvariable x(n)minimize( c'*x)subject toA*x<=bcvx_endCalling SDPT3 : 6 variables, 3 equality constraints------------------------------------------------------------num. of constraints = 3dim. of linear var = 6*******************************************************************SDPT3: Infeasible path-following algorithms*******************************************************************version predcorr gam expon scale_dataNT 1 1 0it pstep dstep pinfeas dinfeas gap prim-obj dual-obj cputime -------------------------------------------------------------------0|||+01|+00|+02|+01 +00| 0:0:00| chol 1 11|||||+01|+00 +01| 0:0:01| chol 1 12|||||+00|+00 +01| 0:0:01| chol 1 13|||||+00|+00 +00| 0:0:01| chol 1 14||||||+00 +00| 0:0:01| chol 1 15||||||+00 +00| 0:0:01| chol 1 16||||||+00 +00| 0:0:01| chol 1 17||||||+00 +00| 0:0:01| chol 1 18||||||+00 +00| 0:0:01|stop: max(relative gap, infeasibilities) <------------------------------------------------------------------- number of iterations = 8primal objective value = +00dual objective value = +00gap := trace(XZ) =relative gap =actual relative gap =rel. primal infeas (scaled problem) =rel. dual " " " =rel. primal infeas (unscaled problem) = +00rel. dual " " " = +00norm(X), norm(y), norm(Z) = +00, +00, +00norm(A), norm(b), norm(C) = +00, +00, +00Total CPU time (secs) =CPU time per iteration =termination code = 0DIMACS: +00 +00-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Status: SolvedOptimal value (cvx_optval):2、>> clear alln=2; c=[-2,-4]'; G=[,0;0,1]; A=[1,1;-1,0;0,-1]; b=[1,0,0]'; cvx_beginvariable x(n)minimize( x'*G*x+c'*x)subject toA*x<=bcvx_endCalling SDPT3 : 7 variables, 3 equality constraintsFor improved efficiency, SDPT3 is solving the dual problem.------------------------------------------------------------num. of constraints = 3dim. of socp var = 4, num. of socp blk = 1dim. of linear var = 3*******************************************************************SDPT3: Infeasible path-following algorithms*******************************************************************version predcorr gam expon scale_dataNT 1 1 0it pstep dstep pinfeas dinfeas gap prim-obj dual-obj cputime -------------------------------------------------------------------0||||+00|+02| +01 +00| 0:0:00| chol 1 11|||||+01| +00 | 0:0:00| chol 1 12|||||+00| +00 | 0:0:00| chol 1 13|||||| | 0:0:00| chol 1 14|||||| | 0:0:00| chol 1 15|||||| | 0:0:00| chol 1 16|||||| | 0:0:00| chol 1 17|||||| | 0:0:00| chol 1 18|||||| | 0:0:00| chol 1 19|||||| | 0:0:00| chol 1 110|||||| | 0:0:00| chol 2 211|||||| | 0:0:00| chol 2 212|||||| | 0:0:00| chol 2 213|||||| | 0:0:00| chol 2 214|||||| | 0:0:00|stop: max(relative gap, infeasibilities) <------------------------------------------------------------------- number of iterations = 14primal objective value =dual objective value =gap := trace(XZ) =relative gap =actual relative gap =rel. primal infeas (scaled problem) =rel. dual " " " =rel. primal infeas (unscaled problem) = +00rel. dual " " " = +00norm(X), norm(y), norm(Z) = +00, +00, +00norm(A), norm(b), norm(C) = +00, +00, +00Total CPU time (secs) =CPU time per iteration =termination code = 0DIMACS: +00 +00-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Status: SolvedOptimal value (cvx_optval): -3。

大连理工优化方法-增广拉格朗日方法MATLAB程序

大连理工优化方法-增广拉格朗日方法MATLAB程序上机大作业II定义目标函数funfunction f=fun(x)x1=x(1);x2=x(2);f=4*x1-x2^2-12;定义目标函数梯度函数dfunfunction f=dfun(x)x2=x(2);f=[4;-2*x2];定义等式约束函数hffunction qua=hf(x)qua=25-x(1)^2-x(2)^2;定义等式约束函数梯度函数dhffunction qua=dhf(x)qua=[-2*x(1);-2*x(2)];定义不等式约束函数gfunfunction inq=gfun(x)inq=10*x(1)-x(1)^2+10*x(2)-x(2)^2-34;定义不等式约束梯度数dgffunction inq=dgf(x)inq=[10-2*x(1);10-2*x(2)];定义增广拉格朗日函数mpsifunctionpsi=mpsi(x,fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,sigma)f=feval(fun,x);he=feval(hf,x);gi=feval(gfun,x);l=length(he);m=length(gi);psi=f;s1=0;for i=1:lpsi=psi-he(i)*mu(i);s1=s1+he(i)^2;endpsi=psi+0.5*sigma*s1;s2=0.0;for i=1:ms3=max(0.0, lambda(i) - sigma*gi(i));s2=s2+s3^2-lambda(i)^2;endpsi=psi+s2/(2.0*sigma);定义增广拉格朗日函数梯度函数dmpsifunctiondpsi=dmpsi(x,fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,sigma) dpsi=feval(dfun,x);he=feval(hf,x);gi=feval(gfun,x);dhe=feval(dhf,x);dgi=feval(dgf,x);l=length(he);m=length(gi);for i=1:ldpsi=dpsi+(sigma*he(i)-mu(i))*dhe(:,i);endfor i=1:mdpsi=dpsi+(sigma*gi(i)-lambda(i))*dgi(:,i);end定义BFGS法函数函数bfgsfunction[x,val,k]=bfgs(mpsi,dmpsi,x0,fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,mu,lambda ,sigma) maxk=1000;rho=0.5;sigma1=0.4;epsilon1=1e-4;k=0;n=length(x0);Bk=eye(n);while(k<maxk)< p="">gk=feval(dmpsi,x0,fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,sigm a);if(norm(gk)<epsilon1)< p="">break;enddk=-Bk\gk;m=0;mk=0;while(m<20)newf=feval(mpsi,x0+rho^m*dk,fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,mu,l ambda,sigma);oldf=feval(mpsi,x0,fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,sigma);if(newf<oldf+sigma1*rho^m*gk'*dk)< p="">mk=m;break;endm=m+1;endx=x0+rho^mk*dk;sk=x-x0;yk=feval(dmpsi,x,fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,sigma) -gk;if(yk'*sk>0)Bk=Bk-((Bk*sk)*sk'*Bk)/(sk'*Bk*sk)+(yk*yk')/(yk'*sk);endk=k+1;x0=x;endval=feval(mpsi,x0,fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,sigma );定义增广拉格朗日乘子法函数multphrfunction answer=multphr(fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,x0)maxk=5000;sigma=2.0;eta=2.0;theta=0.8;k=0;ink=0;epsilon=1e-4;x=x0;he=feval(hf,x);gi=feval(gfun,x);l=length(he);m=length(gi);mu=0.1*ones(l,1);lambda=0.1*ones(m,1);btak=10;btaold=10;while(btak>epsilon&&k<maxk)< p="">[x,v,ik]=bfgs('mpsi','dmpsi',x0,fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,mu,la mbda,sigma); ink=ink+ik;he=feval(hf,x);gi=feval(gfun,x);btak=0.0;for i=1:lbtak=btak+he(i)^2;endfor i=1:mtemp=min(gi(i),lambda(i)/sigma);btak=btak+temp^2;endbtak=sqrt(btak);if btak>epsilonif(k>=2&&btak > theta*btaold)sigma=eta*sigma;endfor i=1:lmu(i)=mu(i)-sigma*he(i);endfor i=1:mlambda(i)=max(0.0,lambda(i)-sigma*gi(i)); endendk=k+1;btaold=btak;x0=x;endf=feval(fun,x);xfmulambdak运行求解>> x0=[0;0]x0 =>> multphr('fun','hf','gfun','dfun','dhf','dgf',x0) x = 1.001281489564374.89871784708758f =-31.9923105871169mu =1.01559644571312lambda =0.754451167977228k =4</maxk)<></oldf+sigma1*rho^m*gk'*dk)<></epsilon1)<></maxk)<>。

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function [x,dk,k]=fjqx(x,s) flag=0;a=0;b=0;k=0;d=1;while(flag==0)[p,q]=getpq(x,d,s);if (p<0)b=d;d=(d+a)/2;endif(p>=0)&&(q>=0)dk=d;x=x+d*s;flag=1;endk=k+1;if(p>=0)&&(q<0)a=d;d=min{2*d,(d+b)/2};endend%定义求函数值的函数fun，当输入为x0=（x1，x2）时，输出为f function f=fun(x)f=(x(2)-x(1)^2)^2+(1-x(1))^2;function gf=gfun(x)gf=[-4*x(1)*(x(2)-x(1)^2)+2*(x(1)-1),2*(x(2)-x(1)^2)]; function [p,q]=getpq(x,d,s)p=fun(x)-fun(x+d*s)+0.20*d*gfun(x)*s';q=gfun(x+d*s)*s'-0.60*gfun(x)*s';结果：x=[0,1];s=[-1,1];[x,dk,k]=fjqx(x,s)x =-0.0000 1.0000dk =1.1102e-016k =54function f= fun( X )%所求问题目标函数f=X(1)^2-2*X(1)*X(2)+2*X(2)^2+X(3)^2+ X(4)^2-X(2)*X(3)+2*X(1)+3*X(2)-X(3);endfunction g= gfun( X )%所求问题目标函数梯度g=[2*X(1)-2*X(2)+2,-2*X(1)+4*X(2)-X(3)+3,2*X(3)-X(2)-1,2*X(4)];endfunction [ x,val,k ] = frcg( fun,gfun,x0 )%功能：用FR共轭梯度法求无约束问题最小值%输入：x0是初始点，fun和gfun分别是目标函数和梯度%输出：x、val分别是最优点和最优值，k是迭代次数maxk=5000;%最大迭代次数rho=0.5;sigma=0.4;k=0;eps=10e-6;n=length(x0);while(k<maxk)g=feval(gfun,x0);%计算梯度itern=k-(n+1)*floor(k/(n+1));itern=itern+1;%计算搜索方向if(itern==1)d=-g;elsebeta=(g*g')/(g0*g0');d=-g+beta*d0;gd=g'*d;if(gd>=0.0)d=-g;endendif(norm(g)<eps)break;endm=0;mk=0;while(m<20)if(feval(fun,x0+rho^m*d)<feval(fun,x0)+sigma*rho^m*g'*d) mk=m;break;endm=m+1;endx0=x0+rho^mk*d;val=feval(fun,x0);g0=g;d0=d;k=k+1;endx=x0;val=feval(fun,x0);end结果：>> x0=[0,0,0,0];>> [ x,val,k ] = frcg( 'fun','gfun',x0 )x =-4.0000 -3.0000 -1.0000 0val =-8.0000k =21或者function [x,f,k]=second(x)k=0;dk=dfun(x);g0=gfun(x);s=-g0;x=x+dk*s;g1=gfun(x);while(norm(g1)>=0.02)if(k==3)k=0;g0=gfun(x);s=-g0;x=x+dk*s;g1=gfun(x);else if(k<3)u=((norm(g1))^2)/(norm(g0)^2); s=-g1+u*s;k=k+1;g0=g1;dk=dfun(x);x=x+dk*s;g1=gfun(x);endendf=fun(x);endfunction f=fun(x)f=x(1)^2-2*x(1)*x(2)+2*x(2)^2+x(3)^2+x(4)^2-x(2)*x(3)+2*x(1)+3*x(2)-x(3); function gf=gfun(x)gf=[2*x(1)-2*x(2)+2,-2*x(1)+4*x(2)-x(3)+3,2*x(3)-x(2)-1,2*x(4)];function [p,q]=con(x,d)ss=-gfun(x);p=fun(x)-fun(x+d*ss)+0.2*d*gfun(x)*(ss)';q=gfun(x+d*ss)*(ss)'-0.6*gfun(x)*(ss)';function dk=dfun(x)flag=0;a=0;d=1;while(flag==0)[p,q]=con(x,d);if (p<0)b=d;d=(d+a)/2;endif(p>=0)&&(q>=0)dk=d;flag=1;endif(p>=0)&&(q<0)a=d;d=min{2*d,(d+b)/2};endEnd结果：x=[0,0,0,0];>> [x,f,k]=second(x)x =-4.0147 -3.0132 -1.0090 0 f = -7.9999k = 1function [f,x,k]=third_1(x)k=0;g=gfun(x);while(norm(g)>=0.001)s=-g;dk=dfun(x,s);x=x+dk*s;k=k+1;g=gfun(x);f=fun(x);endfunction f=fun(x)f=x(1)+2*x(2)^2+exp(x(1)^2+x(2)^2);function gf=gfun(x)gf=[1+2*x(1)*exp(x(1)^2+x(2)^2),4*x(2)+2*x(2)*(x(1)^2+x(2)^2)];function [j_1,j_2]=con(x,d,s)j_1=fun(x)-fun(x+d*s)+0.1*d*gfun(x)*(s)'; j_2=gfun(x+d*s)*(s)'-0.5*gfun(x)*(s)'; function dk=dfun(x,s)%获取步长flag=0;a=0;d=1;while(flag==0)[p,q]=con(x,d,s);if (p<0)b=d;d=(d+a)/2;endif(p>=0)&&(q>=0)dk=d;flag=1;endif(p>=0)&&(q<0)a=d;d=min{2*d,(d+b)/2};endend结果：x=[0,1];[f,x,k]=third_1(x)f =0.7729x = -0.4196 0.0001k =8（1）程序：function [f,x,k]=third_2(x)k=0;H=inv(ggfun(x));g=gfun(x);while(norm(g)>=0.001)s=(-H*g')';dk=dfun(x,s);x=x+dk*s;k=k+1;g=gfun(x);f=fun(x);endfunction f=fun(x)f=x(1)+2*x(2)^2+exp(x(1)^2+x(2)^2); function gf=gfun(x)gf=[1+2*x(1)*exp(x(1)^2+x(2)^2),4*x(2)+2*x(2)*(x(1)^2+x(2)^2)]; function ggf=ggfun(x)ggf=[(4*x(1)^2+2)*exp(x(1)^2+x(2)^2),4*x(1)*x(2)*exp(x(1)^2+x(2)^2);4*x(1)*x(2)*exp(x(1)^2+x(2)^2),4+(4*x(2)^2+2)*exp(x(1)^2+x(2)^2)]; function [j_1,j_2]=con(x,d,s)j_1=fun(x)-fun(x+d*s)+0.1*d*gfun(x)*(s)';j_2=gfun(x+d*s)*(s)'-0.5*gfun(x)*(s)';function dk=dfun(x,s)% 步长获取flag=0;a=0;d=1;b=10000;while(flag==0)[p,q]=con(x,d,s);if (p<0)b=d;d=(d+a)/2;endif(p>=0)&&(q>=0)dk=d;flag=1;endif(p>=0)&&(q<0)a=d;if 2*d>=(d+b)/2d=(d+b)/2;else d=2*d;endendEnd结果：x=[0,1];[f,x,k]=third_2(x)f =0.7729x = -0.4193 0.0001k =8（2）程序：function [f,x,k]=third_3(x) k=0;X=cell(2);g=cell(2);X{1}=x;H=eye(2);g{1}=gfun(X{1});s=(-H*g{1}')';dk=dfun(X{1},s);X{2}=X{1}+dk*s;g{2}=gfun(X{2});while(norm(g{2})>=0.001)dx=X{2}-X{1};dg=g{2}-g{1};v=dx/(dx*dg')-(H*dg')'/(dg*H*dg'); h1=H*dg'*dg*H/(dg*H*dg');h2=dx'*dx/(dx*dx');h3=dg*H*dg'*v'*v;H=H-h1+h2+h3;k=k+1;X{1}=X{2};g{1}=gfun(X{1});s=(-H*g{1}')';dk=dfun(X{1},s);X{2}=X{1}+dk*s;g{2}=gfun(X{2});norm(g{2});f=fun(x);x=X{2};endfunction f=fun(x)f=x(1)+2*x(2)^2+exp(x(1)^2+x(2)^2);function gf=gfun(x)gf=[1+2*x(1)*exp(x(1)^2+x(2)^2),4*x(2)+2*x(2)*(x(1)^2+x(2)^2)];function ggf=ggfun(x)ggf=[(4*x(1)^2+2)*exp(x(1)^2+x(2)^2),4*x(1)*x(2)*exp(x(1)^2+x(2)^2);4*x(1)*x(2)* exp(x(1)^2+x(2)^2),4+(4*x(2)^2+2)*exp(x(1)^2+x(2)^2);function [p,q]=con(x,d,s)p=fun(x)-fun(x+d*s)+0.1*d*gfun(x)*(s)';q=gfun(x+d*s)*(s)'-0.5*gfun(x)*(s)';function dk=dfun(x,s)flag=0;a=0;d=1;b=10000;while(flag==0)[p,q]=con(x,d,s);if (p<0)b=d;d=(d+a)/2;endif(p>=0)&&(q>=0) dk=d;flag=1;endif(p>=0)&&(q<0)a=d;if 2*d>=(d+b)/2d=(d+b)/2;else d=2*d;endendend结果：x=[0,1];[f,x,k]=third_3(x)f =0.7729x = -0.4195 0.0000 k=6function callqpactH=[2 0; 0 2];c=[-2 -5]';Ae=[ ]; be=[ ];Ai=[1 -2; -1 -2; -1 2;1 0;0 1];bi=[-2 -6 -2 0 0]';x0=[0 0]';[x,lambda,exitflag,output]=qpact(H,c,Ae,be,Ai,bi,x0) function [x,lamk,exitflag,output]=qpact(H,c,Ae,be,Ai,bi,x0) epsilon=1.0e-9; err=1.0e-6;k=0; x=x0; n=length(x); kmax=1.0e3;ne=length(be); ni=length(bi); lamk=zeros(ne+ni,1); index=ones(ni,1);for (i=1:ni)if(Ai(i,:)*x>bi(i)+epsilon), index(i)=0; endendwhile(k<=kmax)Aee=[];if(ne>0), Aee=Ae; endfor(j=1:ni)if(index(j)>0), Aee=[Aee; Ai(j,:)]; end endgk=H*x+c;[m1,n1] = size(Aee);[dk,lamk]=qsubp(H,gk,Aee,zeros(m1,1)); if(norm(dk)<=err)y=0.0;if(length(lamk)>ne)[y,jk]=min(lamk(ne+1:length(lamk))); endif(y>=0)exitflag=0;elseexitflag=1;for(i=1:ni)if(index(i)&(ne+sum(index(1:i)))==jk) index(i)=0; break;endendendk=k+1;elseexitflag=1;alpha=1.0; tm=1.0;for(i=1:ni)if((index(i)==0)&(Ai(i,:)*dk<0)) tm1=(bi(i)-Ai(i,:)*x)/(Ai(i,:)*dk); if(tm1<tm)tm=tm1; ti=i;endendendalpha=min(alpha,tm);x=x+alpha*dk;if(tm<1), index(ti)=1; end endif(exitflag==0), break; endk=k+1;endoutput.fval=0.5*x'*H*x+c'*x; output.iter=k;function [x,lambda]=qsubp(H,c,Ae,be) ginvH=pinv(H);[m,n]=size(Ae);if(m>0)rb=Ae*ginvH*c + be;lambda=pinv(Ae*ginvH*Ae')*rb;x=ginvH*(Ae'*lambda-c);elsex=-ginvH*c;lambda=0;end结果>>callqpactx =1.40001.7000lambda =0.8000exitflag =output =fval: -6.4500iter: 7function [x,mu,lambda,output]=multphr(fun,hf,gf,dfun,dhf,dgf,x0)%功能: 用乘子法解一般约束问题: min f(x), s.t. h(x)=0, g(x).=0%输入: x0是初始点, fun, dfun分别是目标函数及其梯度；% hf, dhf分别是等式约束（向量）函数及其Jacobi矩阵的转置；% gf, dgf分别是不等式约束（向量）函数及其Jacobi矩阵的转置；%输出: x是近似最优点，mu, lambda分别是相应于等式约束和不等式约束的乘子向量; % output是结构变量, 输出近似极小值f, 迭代次数, 内迭代次数等maxk=500;c=2.0;eta=2.0;theta=0.8;k=0;ink=0;epsilon=0.00001;x=x0;he=feval(hf,x);gi=feval(gf,x);n=length(x);l=length(he);m=length(gi);mu=zeros(l,1);lambda=zeros(m,1);btak=10;btaold=10;while(btak>epsilon&&k<maxk)%调用BFGS算法程序求解无约束子问题[x,ival,ik]=bfgs('mpsi','dmpsi',x0,fun,hf,gf,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,c);ink=ink+ik;he=feval(hf,x);gi=feval(gf,x);btak=0;for i=1:lbtak=btak+he(i)^2;end%更新乘子向量for i=1:mtemp=min(gi(i),lambda(i)/c);btak=btak+temp^2;endbtak=sqrt(btak);if btak>epsilonif k>=2&&btak>theta*btaoldc=eta*c;endfor i=1:lmu(i)=mu(i)-c*he(i);endfor i=1:mlambda(i)=max(0,lambda(i)-c*gi(i));endk=k+1;btaold=btak;x0=x;endendf=feval(fun,x);output.fval=f;output.iter=k;%增广拉格朗日函数function psi=mpsi(x,fun,hf,gf,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,c) f=feval(fun,x);he=feval(hf,x);gi=feval(gf,x);l=length(he);m=length(gi);psi=f;s1=0;for i=1:lpsi=psi-he(i)*mu(i);s1=s1+he(i)^2;endpsi=psi+0.5*c*s1;s2=0;for i=1:ms3=max(0,lambda(i)-c*gi(i));s2=s2+s3^2-lambda(i)^2;endpsi=psi+s2/(2*c);%不等式约束函数文件g1.mfunction gi=g1(x)gi=10*x(1)-x(1)^2+10*x(2)-x(2)^2-34;%目标函数的梯度文件df1.mfunction g=df1(x)g=[4, -2*x(2)]';%等式约束（向量）函数的Jacobi矩阵（转置）文件dh1.m function dhe=dh1(x)dhe=[-2*x(1), -2*x(2)]'%不等式约束（向量）函数的Jacobi矩阵（转置）文件dg1.m function dgi=dg1(x)dgi=[10-2*x(1), 10-2*x(2)]';function [x,val,k]=bfgs(fun,gfun,x0,varargin)maxk=500;rho=0.55;sigma=0.4;epsilon=0.00001;k=0;n=length(x0);Bk=eye(n);while(k<maxk)gk=feval(gfun,x0,varargin{:});if(norm(gk)<epsilon)break;enddk=-Bk\gk;m=0;mk=0;while(m<20)newf=feval(fun,x0+rho^m*dk,varargin{:});oldf=feval(fun,x0,varargin{:});if(newf<oldf+sigma*rho^m*gk'*dk)mk=m;break;endm=m+1;endx=x0+rho^mk*dk;sk=x-x0;yk=feval(gfun,x,varargin{:})-gk;if(yk'*sk>0)Bk=Bk-(Bk*sk*sk'*Bk)/(sk'*Bk*sk)+(yk*yk')/(yk'*sk);endk=k+1;x0=x;endval=feval(fun,x0,varargin{:});结果x=[2 2]';[x,mu,lambda,output]=multphr('fun','hf','gf1','df','dh','dg',x0) x =1.00134.8987mu =0.7701lambda =0.9434output =fval: -31.9923iter: 4f=[3,1,1];A=[2,1,1;1,-1,-1];b=[2;-1];lb=[0,0,0];x=linprog(f,A,b,zeros(3),[0,0,0]',lb)结果：Optimization terminated.x =0.00000.50000.5000。

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