MATLAB实现最速下降法_和牛顿法和共轭梯度法
matlab梯度算法
matlab梯度算法Matlab梯度算法在数学和计算机科学中，梯度是指一个多元函数在某一点上的变化率或斜率。
梯度算法是一种优化算法，用于找到函数的最小值或最大值。
在Matlab中，有多种方法可以使用梯度算法来优化函数，包括梯度下降和共轭梯度法。
本文将详细介绍Matlab中的梯度算法，并逐步讲解其原理和应用。
I. 梯度下降法梯度下降法是一种基于迭代的优化算法，通过计算函数的梯度来更新参数的值，以逐步接近函数的最小值。
在Matlab中，可以使用"gradientDescent"函数来实现梯度下降法。
1. 实现梯度下降法首先，我们需要定义一个优化目标函数，例如：f(x) = x^2 + 2x + 1。
然后，定义其梯度函数为g(x) = 2x + 2。
接下来，我们可以使用以下代码来计算梯度下降：matlab定义优化目标函数f = (x) x^2 + 2*x + 1;定义梯度函数g = (x) 2*x + 2;初始化参数x0 = 0;设置学习率和迭代次数alpha = 0.01;iterations = 100;梯度下降法for i = 1:iterationsx0 = x0 - alpha * g(x0);end打印最优解disp(['Optimal solution: ', num2str(x0)]);在这个例子中，我们使用了学习率(alpha)为0.01，迭代次数(iterations)为100。
通过不断更新参数x0的值，最终得到了最优解。
2. 梯度下降法的原理梯度下降法的核心思想是利用函数在当前点的梯度信息来更新参数的值，以便能够向着函数的最小值前进。
具体来说，算法的步骤如下：a. 初始化参数的值：选择一个初始参数的值作为起始点。
b. 计算梯度：计算函数在当前点的梯度，即求解函数关于参数的偏导数。
c. 更新参数：根据当前点的梯度和学习率，通过减去梯度的乘积来更新参数的值。
Matlab中的最优化问题求解方法
Matlab中的最优化问题求解方法近年来，最优化问题在各个领域中都扮演着重要的角色。
无论是在工程、经济学还是科学研究中，我们都需要找到最优解来满足特定的需求。
而Matlab作为一种强大的数值计算软件，在解决最优化问题方面有着广泛的应用。
本文将介绍一些Matlab中常用的最优化问题求解方法，并探讨其优缺点以及适用范围。
一. 无约束问题求解方法1. 最速下降法最速下降法是最简单且直观的无约束问题求解方法之一。
其基本思想是沿着梯度的反方向迭代求解，直到达到所需的精度要求。
然而，最速下降法的收敛速度通常很慢，特别是在局部极小值点附近。
2. 共轭梯度法共轭梯度法是一种改进的最速下降法。
它利用了无约束问题的二次函数特性，通过选择一组相互共轭的搜索方向来提高收敛速度。
相比于最速下降法，共轭梯度法的收敛速度更快，尤其适用于大规模优化问题。
3. 牛顿法牛顿法是一种基于二阶导数信息的优化方法。
它通过构建并求解特定的二次逼近模型来求解无约束问题。
然而，牛顿法在高维问题中的计算复杂度较高，并且需要矩阵求逆运算，可能导致数值不稳定。
二. 线性规划问题求解方法1. 单纯形法单纯形法是一种经典的线性规划问题求解方法。
它通过在可行域内进行边界移动来寻找最优解。
然而，当问题规模较大时，单纯形法的计算复杂度会大幅增加，导致求解效率低下。
2. 内点法内点法是一种改进的线性规划问题求解方法。
与单纯形法不同，内点法通过将问题转化为一系列等价的非线性问题来求解。
内点法的优势在于其计算复杂度相对较低，尤其适用于大规模线性规划问题。
三. 非线性规划问题求解方法1. 信赖域算法信赖域算法是一种常用的非线性规划问题求解方法。
它通过构建局部模型，并通过逐步调整信赖域半径来寻找最优解。
信赖域算法既考虑了收敛速度，又保持了数值稳定性。
2. 遗传算法遗传算法是一种基于自然进化过程的优化算法。
它模拟遗传操作，并通过选择、交叉和变异等操作来搜索最优解。
遗传算法的优势在于其适用于复杂的非线性规划问题，但可能需要较长的计算时间。
最优化方法实验报告(2)
最优化方法实验报告Numerical Linear Algebra And ItsApplications学生所在学院：理学院学生所在班级：计算数学10-1学生姓名：甘纯指导教师：单锐教务处2013年5月实验三实验名称：无约束最优化方法的MATLAB实现实验时间: 2013年05月10日星期三实验成绩：一、实验目的：通过本次实验的学习，进一步熟悉掌握使用MATLAB软件，并能利用该软件进行无约束最优化方法的计算。
二、实验背景：（一）最速下降法1、算法原理最速下降法的搜索方向是目标函数的负梯度方向，最速下降法从目标函数的负梯度方向一直前进，直到到达目标函数的最低点。
2、算法步骤用最速下降法求无约束问题n R()min的算法步骤如下：xxf，a ）给定初始点)0(x ，精度0>ε，并令k=0；b ）计算搜索方向)()()(k k x f v -∇=，其中)()(k x f ∇表示函数)(x f 在点)(k x 处的梯度；c ）若ε≤)(k v ，则停止计算；否则，从)(k x 出发，沿)(k v 进行一维搜索，即求k λ，使得)(min )()()(0)()(k k k k v x f v x f λλλ+=+≥； d ）令1,)()()1(+=+=+k k v x x k k k k λ，转b ）。
（二）牛顿法1、算法原理牛顿法是基于多元函数的泰勒展开而来的，它将)()]([-)(1)(2k k x f x f ∇∇-作为搜索方向，因此它的迭代公式可直接写出来：)()]([)(1)(2)()(k k k k x f x f x x ∇∇-=-2、算法步骤用牛顿法求无约束问题n R x x f ∈),(min 的算法步骤如下：a ）给定初始点)0(x ,精度0>ε，并令k=0；b ）若ε≤∇)()(k x f ，停止，极小点为)(k x ，否则转c ）；c ）计算)()]([,)]([)(1)(2)(1)(2k k k k x f x f p x f ∇∇-=∇--令；d ）令1,)()()1(+=+=+k k p x x k k k ，转b ）。
matlab编程实现二分法牛顿法黄金分割法最速下降matlab程序代码
matlab编程实现二分法牛顿法黄金分割法最速下降matlab程序代码二分法（Bisection Method）是一种寻找函数零点的数值计算方法。
该方法的基本思想是：首先确定一个区间[a, b]，使得函数在这个区间的两个端点处的函数值异号，然后将区间逐步缩小，直到找到一个区间[a', b']，使得函数在这个区间的中点处的函数值接近于零。
以下是使用MATLAB实现二分法的示例代码：```matlabfunction [x, iter] = bisection(f, a, b, tol)fa = f(a);fb = f(b);if sign(fa) == sign(fb)error('The function has the same sign at the endpoints of the interval');enditer = 0;while (b - a) / 2 > tolc=(a+b)/2;fc = f(c);if fc == 0break;endif sign(fc) == sign(fa)a=c;fa = fc;elseb=c;fb = fc;enditer = iter + 1;endx=(a+b)/2;end```牛顿法（Newton's Method）是一种用于寻找函数零点的数值计算方法。
该方法的基本思想是：通过迭代来逼近函数的零点，每次迭代通过函数的切线来确定下一个近似值，直到满足收敛条件。
以下是使用MATLAB实现牛顿法的示例代码：```matlabfunction [x, iter] = newton(f, df, x0, tol)iter = 0;while abs(f(x0)) > tolx0 = x0 - f(x0) / df(x0);iter = iter + 1;endx=x0;end```黄金分割法（Golden Section Method）是一种用于寻找函数极值点的数值计算方法。
matlab用共轭梯度法求解优化问题
标题：利用MATLAB中的共轭梯度法求解优化问题正文：一、概述在数学和工程领域中，优化问题是一个重要的研究领域。
优化问题的目标是寻找一个能够最大化或最小化某个函数的变量的数值，使得该函数达到最优值。
而共轭梯度法是一种常用的优化算法，能够有效地解决大规模的线性和非线性优化问题。
本文将介绍如何利用MATLAB中的共轭梯度法来求解优化问题。
二、共轭梯度法简介共轭梯度法是一种迭代算法，用于求解无约束优化问题。
它是一种在局部搜索过程中利用历史信息的优化方法，通常用于求解大规模的线性和非线性优化问题。
共轭梯度法基于数学中的共轭梯度概念，通过迭代寻找下降最快的路径，从而逐步逼近最优解。
三、MATLAB中的共轭梯度法函数MATLAB提供了丰富的优化算法和函数，其中包括了共轭梯度法函数。
在MATLAB中，可以使用“fmincg”函数来调用共轭梯度法来求解无约束优化问题。
该函数可以接收目标函数、初始变量值和其他参数作为输入，并计算出最优解。
四、使用共轭梯度法求解优化问题的步骤1. 确定目标函数在使用共轭梯度法求解优化问题之前，首先需要确定目标函数。
目标函数可以是线性函数、非线性函数或者带有约束条件的函数。
在MATLAB中，需要将目标函数定义为一个函数句柄，并且确保该函数具有输入参数和输出数值。
2. 确定初始变量值在使用共轭梯度法求解优化问题时，需要提供初始的变量值。
这些初始变量值可以是任意的数值，但通常需要根据实际问题进行合理选择。
3. 调用共轭梯度法函数在确定了目标函数和初始变量值之后，可以调用MATLAB中的“fmincg”函数来求解优化问题。
该函数会根据目标函数、初始变量值和其他参数进行迭代计算，直到找到最优解为止。
4. 获取最优解可以通过“fmincg”函数的输出结果来获取最优解。
该结果通常包括最优变量值和最优目标函数值。
五、优化问题的案例分析下面以一个简单的优化问题为例，说明如何利用MATLAB中的共轭梯度法来求解。
基于matlab平台的三种迭代法求解矩阵方程
数值分析第二次作业学院：电子工程学院基于matlab平台的三种迭代法求解矩阵方程组求解系数矩阵由16阶Hilbert方程组构成的线性方程组的解，其中右端项为[2877/851,3491/1431,816/409,2035/1187,2155/1423,538/395,1587/1279,573/502,947 /895,1669/1691,1589/1717,414/475,337/409,905/1158,1272/1711,173/244].要求：1）Gauss_Sedel迭代法；2）最速下降法；3）共轭梯度法；4）将结果进行分析对比。
解：根据题目要求，编写了对应算法的matlab程序，求解结果如下：（求解精度为10e-4，最大迭代次数1000）1、方程的解：如下图1所示图1 三种方法求解的结果对比图2 Gause_Sedel算法收敛特性图3 最速下降法收敛特性图3 共轭梯度法收敛特性从图中可以看到，在相同的最大迭代次数和预设求解精度条件下，共轭梯度算法仅需要4次迭代便可求出方程组的解，耗时0.000454秒，而且求出解的精度最高；Gauss_Sedel方法需要465次迭代，耗时0.006779秒，求解精度最差；最速下降法需要398次迭代，耗时0.007595秒，求解精度与共轭梯度算法差不多，因此两者求出的解也几乎相同。
从中可以得出结论，共轭梯度算法无论从求解精度还是求解速度上都优于其他两种，最速下降法在求解精度上几乎与共轭梯度算法持平，但求解速度更慢。
Gauss_Sedel方法在求解精度和速度两方面都最差。
具体的解为:Gauss_Sedel迭代法:(共需465次迭代，求解精度达到9.97e-5) X=[0.995328360833192 1.01431732497804 1.052861239300110.934006974137998 0.931493373808838 0.9665081384030661.00661848511341 1.03799789809258 1.051806903036541.06215849948572 1.04857676431223 1.028561990411131.01999170162638 0.971831831519515 0.9525261666348130.916996019179182].最速下降法:(共需398次迭代，求解精度达到9.94e-5)X=[0.998835379744322 1.01507463472900 0.9825890937201850.980191460759243 0.991245169713628 1.003780222253291.01350884374478 1.01928337905816 1.020859096651941.01930314197028 1.01444777381651 1.007040589892970.998384452250809 0.987399404644377 0.9757678149709120.963209150871750].共轭梯度法:(共需4次迭代，求解精度达到3.98e-5)X=[0.996472751179456 1.02707840189049 0.9776233734098530.973206695321590 0.986133032967607 1.001289025642341.01322158496914 1.02047386502293 1.023009050605651.02163015083975 1.01678089454399 1.009203108638740.999772406055155 0.988443827498859 0.9760941924969490.962844741655005].Matlab程序主程序:clc;clear;%% 本程序用于计算第二次数值分析作业，关于希尔伯特矩阵方程的解，用三种方法，分析并比较，也可推广至任意n维的矩阵方程%%A=hilb(16); %生成希尔伯特系数矩阵b=[2877/851;3491/1431;816/409;2035/1187;2155/1423;538/395;1587/1279;573/502;947/895;166 9/1691;1589/1717;414/475;337/409;905/1158;1272/1711;173/244]; %右端向量M=1000; %最大迭代次数err=1.0e-4; %求解精度[x,n,xx,cc,jingdu]=yakebi_diedai(A,b,err,M); % 雅克比算法求解tic;[x1,n1,xx1,cc1,jingdu1]=gauss_seidel(A,b,err,M); % gauss_seidel算法求解toc;tic;[x2,n2,xx2,jingdu2]=zuisuxiajiangfa(A,b,err,M); % 最速下降法求解toc;tic;[x3,flag,jingdu3,n3]=bicg(A,b,err); % matlab内置双共轭梯度算法求解toc;tic;[x4,xx4,n4,jingdu4]=con_grad(A,b,err,M); % 教材共轭梯度算法求解toc;%% 计算相应结果，用于作图%%num=[1:16]';jie=[num,x1,x2,x4]; % 三者的解对比% 三者的收敛情况对比num1=[1:n1]';fit1=[num1,jingdu1'];num2=[1:n2]';fit2=[num2,jingdu2'];num4=[1:n4]';fit4=[num4,jingdu4'];子函数1(Gause_Sedel算法):function [x,n,xx,cc,jingdu] = gauss_seidel(A,b,err,M)% 利用迭代方法求解矩阵方程这里是高斯赛尔得迭代方法% A 为系数矩阵b 为右端向量err为精度大小返回求解所得向量x及迭代次数% M 为最大迭代次数cc 迭代矩阵普半径jingdu 求解过程的精度n 所需迭代次数xx 存储求解过程中每次迭代产生的解for ii=1:length(b)if A(ii,ii)==0x='error';break;endendD=diag(diag(A));L=-tril(A,-1);U=-triu(A,1);B=(D-L)\U;cc=vrho(B); %迭代矩阵普半径FG=(D-L)\b;x0=zeros(length(b),1);x=B*x0+FG;k=0;xx(:,1)=x;while norm(A*x-b)>errx0=x;x=B*x0+FG;k=k+1;xx(:,k+1)=x;if k>=Mdisp('迭代次数太多可能不收敛！');break;endjingdu(k)=norm(A*x-b);endend子函数2(最速下降算法):function [x,n,xx,jingdu]=zuisuxiajiangfa(A,b,eps,M)% 利用迭代方法求解矩阵方程这里是最速下降迭代方法% A 为系数矩阵b 为右端向量err为精度大小返回求解所得向量x及迭代次数% % M 为最大迭代次数jingdu 求解过程的精度n 所需迭代次数xx 存储求解过程中每次迭代产生的解x0=zeros(length(b),1);r0=b-A*x0;t0=r0'*r0/(r0'*A*r0);x=x0+t0*r0;r=b-A*x;xx(:,1)=x;k=0;while norm(r)>epsr=r;x=x;t=r'*r/(r'*A*r);x=x+t*r;r=b-A*x;k=k+1;xx(:,k+1)=x;if k>=Mdisp('迭代次数太多可能不收敛！');break;endn=k;jingdu(k)=norm(r);endend子函31(共轭梯度法):function [x,xx,n,jingdu]=con_grad(A,b,eps,M)% 利用迭代方法求解矩阵方程这里是共轭梯度迭代方法% A 为系数矩阵b 为右端向量err为精度大小返回求解所得向量x及迭代次数% M 为最大迭代次数jingdu 求解过程的精度n 所需迭代次数xx 存储求解过程中每次迭代产生的解x0=zeros(length(b),1);r0=b-A*x0;p0=r0;% t0=r0'*r0/(r0'*A*r0);% x=x0+t0*r0;% xx(:,1)=x;k=0;x=x0;r=r0;p=p0;while norm(r)>epsx=x;r=r;p=p;afa=r'*r/(p'*A*p);x1=x+afa*p;r1=r-afa*A*p;beta=r1'*r1/(r'*r);p1=r1+beta*p;x=x1;r=r1;p=p1;k=k+1;xx(:,k)=x;if k>=Mdisp('迭代次数太多可能不收敛！');break;endn=k;jingdu(k)=norm(r);endend。
MATLAB实现最速下降法
%最速下降法clear all;close all;clc;tic;format longedisp('请输入参数');K=input('维数K=');ticA=hilb(K);% A元素是0-100% for i=1:K% A(i,i)=sum(abs(A(i,:)))+20*rand(1); %对角占优的量为0~20 % endb=zeros(K,1);for i=1:K;x=0;for r=1:K;x=x+A(i,r);endb(i,1)=x;end%产生b矩阵，b中的元素为A中对应行的和，目的是使方程解全为 1 jd=input('控制精度jd=');x0=zeros(K,1); %初始迭代矩阵r=b-A*x0; %剩余向量ak=dot(r,r)/dot(A*r,r);y1=x0+ak*r; %迭代公式s1=1; %迭代次数while norm(y1-x0)>=jdx0=y1;r=b-A*x0; %剩余向量ak=(r'*r)/((A*r)'*r);y1=x0+ak*r; %迭代公式s1=s1+1; %迭代次数+1ends1toc;x0=zeros(K,1); %初始迭代矩阵r=b-A*x0;%剩余向量p=r;ak=dot(r,r)/dot(p,A*p);y=x0+ak*p; %迭代公式r1=r-ak*A*p;bk=dot(r1,r1)/dot(r,r);p1=r1+bk*p;s=1; %迭代次数while norm(y-x0)>=jd; %迭代条件 x0=y;p=p1;r=r1;ak=dot(r,r)/dot(p,A*p);y=x0+ak*p; %迭代公式r1=r-ak*A*p;bk=dot(r1,r1)/dot(r,r);p1=r1+bk*p;s=s+1;endstoc;t=1:K;yy1=abs(y1'-1)/1;yy2=abs(y'-1)/1;plot(t,yy1,'r');hold onplot(t,yy2,'b');hold ontitle('绝对误差图')legend('最速下降法','共轭梯度法')。
matlab 最速下降迭代路径
一、Matlab最速下降迭代路径介绍Matlab是一款强大的数学软件工具，其中包含了各种数学工具箱，用于解决不同领域的数学问题。
最速下降迭代路径是其中的一个重要工具，用于求解非线性方程组或最优化问题。
二、最速下降迭代路径原理1.首先介绍最速下降法的思想：即在迭代过程中，每次选取下降方向时选择负梯度方向，使得目标函数值下降最快。
2.最速下降法的迭代公式：x^(k+1) = x^k - α * ∇f(x^k)，其中x^k 为迭代的当前点，α为步长，∇f(x^k)为目标函数在x^k点的梯度。
三、Matlab中最速下降迭代路径的函数及使用方法1.在Matlab中，可以使用fminunc函数来实现最速下降迭代路径。
其用法为[fval, x] = fminunc(fun, x0, options)，其中fun为目标函数的句柄，x0为迭代的初始点，options为优化选项。
2.在使用fminunc函数时，需注意定义目标函数的句柄，并设定合适的初始点和优化选项，以确保得到准确的最速下降迭代路径。
四、最速下降迭代路径的应用实例以一个简单的非线性方程组为例：f(x) = x^2 + 2y^2，其中目标是求解该方程组的最小值。
通过Matlab最速下降迭代路径，可以求解该方程组的最小值点。
五、总结与展望最速下降迭代路径是一种常用的非线性方程组求解方法，Matlab中的fminunc函数提供了便捷的实现途径。
今后，我们可以进一步深入研究不同类型问题下的最速下降迭代路径，并探索更多有效的数值计算方法。
以上是关于Matlab最速下降迭代路径的简要介绍，希望能为您提供一些帮助。
感谢阅读！最速下降迭代路径是一种常用的优化方法，广泛应用于解决非线性方程组和优化问题。
在Matlab中，最速下降迭代路径的实现通过fminunc函数来完成。
在本文中，我们将进一步探讨最速下降迭代路径的原理、Matlab中的具体使用方法以及其应用实例。
让我们更深入地了解最速下降迭代路径的原理。
如何在Matlab中进行迭代优化和迭代求解
如何在Matlab中进行迭代优化和迭代求解引言：Matlab是一种非常强大和流行的数值计算软件，广泛应用于工程、科学和数学等领域。
在问题求解过程中，迭代优化和迭代求解是常常使用的技术。
本文将介绍如何在Matlab中利用迭代方法进行优化和求解，以及相关的技巧和应用。
一、什么是迭代优化和迭代求解迭代优化指的是通过多次迭代，逐步接近优化问题的最优解。
常用的迭代优化方法包括梯度下降法、牛顿法、拟牛顿法等。
迭代求解则是通过多次迭代，逐步逼近方程或问题的解，常用的迭代求解方法有牛顿迭代法、弦截法、二分法等。
二、迭代优化的基本原理与方法1. 梯度下降法（Gradient Descent）:梯度下降法是一种常用的迭代优化方法，用于寻找函数的极小值点。
其基本原理是通过计算函数对各个变量的偏导数，从当前点开始沿着负梯度的方向迭代更新，直至达到最小值。
在Matlab中，可以利用gradient函数计算梯度向量，并通过循环迭代实现梯度下降法。
2. 牛顿法（Newton's Method）:牛顿法是一种迭代优化方法，用于求解非线性方程的根或函数的极值点。
其基本思想是利用函数的局部线性近似，通过求解线性方程组来得到函数的极值点。
在Matlab中，可以使用fminunc函数来实现牛顿法。
3. 拟牛顿法（Quasi-Newton Methods）:拟牛顿法是一类迭代优化方法，主要用于求解无约束非线性优化问题。
其基本思想是通过构造逼近目标函数Hessian矩阵的Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno（BFGS）公式或拟牛顿方法中的其他公式，来估计目标函数的梯度和Hessian矩阵。
在Matlab中，可以利用fminunc函数，并设置算法参数来实现拟牛顿法。
三、迭代求解的基本原理与方法1. 牛顿迭代法（Newton's Method）：牛顿迭代法是一种常用的迭代求解方法，用于求解方程或问题的根。
最速下降法matlab代码
最速下降法matlab代码最速下降法（Steepest Descent Method）是一种用于数值优化问题的迭代算法。
下面是一个简单的最速下降法的MATLAB 代码示例：1.定义目标函数function f = objective(x)f = x(1)^2 + 4*x(2)^2 - 4*x(1) - 8*x(2); % 示例目标函数，可根据实际问题进行修改end2.定义目标函数的梯度function g = gradient(x)g = [2*x(1) - 4; 8*x(2) - 8]; % 示例目标函数的梯度，可根据实际问题进行修改end3.最速下降法function steepestDescent()x = [0; 0]; % 初始点epsilon = 1e-6; % 收敛准则，可根据实际问题调整maxIterations = 1000; % 最大迭代次数，可根据实际问题调整for k = 1:maxIterationsg = gradient(x); % 计算梯度if norm(g) < epsilon % 判断梯度范数是否小于收敛准则break;endalpha = 0.01; % 步长，可根据实际问题调整x = x - alpha * g; % 更新参数enddisp('Optimization Results:');disp('---------------------');disp(['Iterations: ', num2str(k)]);disp(['Minimum point: (', num2str(x(1)), ', ', num2str(x(2)), ')']);disp(['Objective function value: ', num2str(objective(x))]);end4.调用最速下降法函数steepestDescent();上述代码包含了以下几个关键部分：objective 函数：定义了目标函数，根据实际问题进行修改。
最速下降法+Matlab代码
最速下降法+Matlab代码算法原理to-doMatlab代码clc; clear;f = @(x) x(1).^2+2*x(1)*x(2)+3*x(2).^2; %待求函数，x1,x2,x3...% f = @(x) x(1).^2+2*x(2).^2;paraNum = 2; %函数参数的个数，x1,x2,x3...的个数x0 = [3,3]; %初始值tol = 1e-5; %迭代容忍度flag = inf; %结束条件error = []; %函数变化while flag > tolp = g(f,x0,paraNum); %列向量f2 = @(a) f(x0-a*p');buChang = argmin(f2); %求步长，line search：argmin functionx1 = x0-buChang*p';flag = norm(x1-x0);error = [error,flag];x0 = x1;endplot(0:length(error)-1,error)function [f_grad] = g(f,x0,paraNum)temp = sym('x',[1,paraNum]);f1=f(temp);Z = gradient(f1);f_grad = double(subs(Z,temp,x0));endfunction [x] = argmin(f)%求步长t = 0;options = optimset('Display','off');[x,~] = fminunc(f,t,options);end代码问题1. Matlab符号运算，耗时2. 最速下降法的步长使⽤line-search，耗时代码改进clc; clear;f = @(x) x(1).^2+2*x(1)*x(2)+3*x(2).^2; %待求函数，x1,x2,x3...% f = @(x) x(1).^2+2*x(2).^2;paraNum = 2; %函数参数的个数，x1,x2,x3...的个数x0 = [3,3]; %初始值tol = 1e-3; %迭代容忍度flag = inf; %结束条件error = []; %函数变化while flag > tol% for i =1:1p = g(f,x0,paraNum); %列向量if norm(p) < tolbuChang = 0;elsebuChang = argmin(f,x0,p,paraNum); %求步长，line search：argmin functionendx1 = x0-buChang.*p';flag = norm(x1-x0);error = [error,flag];x0 = x1;endplot(0:length(error)-1,error)function [f_grad] = g(f,x0,paraNum)temp = sym('x',[1,paraNum]);f1=f(temp);Z = gradient(f1);f_grad = double(subs(Z,temp,x0)); end% function [x] = argmin(f,paraNum) % %求步长% t = zeros(1,paraNum);% options = optimset('Display','off'); % [x,~] = fminunc(f,t,options);% endfunction [x] = argmin(f,x0,p,num) % 求步长% for i=1:paraNum% syms(['x',num2str(i)]);% endtemp = sym('x',[1,num]);f1=f(x0 - temp.*p');for i = 1:numtemp(i) = diff(f1,temp(i));endjieGuo = solve(temp);jieGuo = struct2cell(jieGuo);x = zeros(1,num);for i = 1:numx(i) = double(jieGuo{i});endend。
共轭梯度法matlab程序
共轭梯度法matlab程序共轭梯度法是一种用于求解无约束优化问题的迭代算法。
以下是一个简单的MATLAB 程序示例，用于实现共轭梯度法：matlab复制代码function[x, fval, iter] = conjugate_gradient(A, b, x0, tol,max_iter)% A: 矩阵% b: 向量% x0: 初始解% tol: 容忍度% max_iter: 最大迭代次数r = b - A*x0;p = r;x = x0;fval = A*x - b;iter = 0;while (norm(r) > tol) && (iter < max_iter)Ap = A*p;alpha = dot(p, r) / dot(p, Ap);x = x + alpha*p;r = r - alpha*Ap;if iter == 0fval_new = dot(r, r);elsebeta = dot(r, r) / dot(p, Ap);p = r + beta*p;fval_new = dot(r, r);endif fval_new < fvalfval = fval_new;enditer = iter + 1;endend该程序接受一个矩阵A、一个向量b、一个初始解x0、一个容忍度tol和一个最大迭代次数max_iter作为输入，并返回最终解x、目标函数值fval和迭代次数iter。
使用该函数时，您需要将要优化的目标函数转换为矩阵形式，并调用该函数来找到最优解。
例如，假设您要最小化一个函数f(x)，可以将该函数转换为矩阵形式A*x - b，其中A是目标函数的雅可比矩阵，b是目标函数的常数项向量。
然后，您可以调用该函数来找到最优解，例如：matlab复制代码A = jacobian(f); % 计算目标函数的雅可比矩阵b = [1, 2, 3]; % 目标函数的常数项向量x0 = [0, 0, 0]; % 初始解向量tol = 1e-6; % 容忍度max_iter = 1000; % 最大迭代次数[x, fval, iter] = conjugate_gradient(A, b, x0, tol, max_iter); % 调用共轭梯度法函数求解最优解。
最速下降法MATLAB程序实现
function [drag,ddrag]=fxy(a0,s0)%要优化的目标函数%返回值：drag，函数在（a0，s0）点处的值；ddrag，函数在（a0，s0，drag）处的梯度（行向量）%参数：（a0,s0）function d = f(a,s)w = 0.12754*a^1.5 + ( 0.12754^2*a^3 + 4*(4940/s + 45.42) )^0.5;w = w^2*s/4;cl = 2*w / (1506.75*s);cd = 0.03062702/s + 0.00962623 * a^0.1 * s^-0.1 + cl^2*a^-1/(pi*0.96);d = w*cd/cl;endddrag = zeros(1,2);drag = f(a0,s0);h = 1e-6;ddrag(1) = (f(a0+h,s0)-drag)/h; %函数对a的偏导数ddrag(2) = (f(a0,s0+h)-drag)/h; %函数对s的偏导数end%最速下降法%-------------------------------------------------%-------------------------------------------------clear;%绘制等高线x=5:0.1:30; %展弦比Ay=5:0.1:30; %机翼面积S[X,Y]=meshgrid(x,y);dim = size(X);for i=1:dim(1)for j=1:dim(2)[Z(i,j),null]=fxy(X(i,j),Y(i,j));endend%mesh(X,Y,Z);hold on;[c,h]=contourf(X,Y,Z,10);clabel(c,h);colormap coolxlabel('A');ylabel('S');%-------------------------------------------------%-------------------------------------------------eg = 1e-6; %精度要求ea = 1e-6;num = 0; %迭代次数num1 = 0; %确定最优步长迭代的次数x0=15;y0=30; %起始点[z0,dz0] = fxy(x0,y0);while norm(dz0)>egz00 = z0;x00 = x0;y00 = y0;h = norm(dz0)/1e4; %初始步长dz0 = dz0/norm(dz0); %沿梯度方向的单位向量x1 = x0 - dz0(1)*h;y1 = y0 - dz0(2)*h;[z1,dz1] = fxy(x1,y1);step0 = 0; %[step0,step1]，步长极小值区间step1 = step0+h;step = step0;if z1<z0while z1<z0 %用进退法确定步长的极值区间step = step0;step0 = step1;z0 = z1;h = 2*h;step1 = step1 + h;x1 = x0 - dz0(1)*step1;y1 = y0 - dz0(2)*step1;[z1,dz1] = fxy(x1,y1);endstep1 = step0;step0 = step;endwhile (step1-step0)>eg %黄金分割法求最优步长x2 = x0 - dz0(1)*( step0 + 0.618*(step1-step0) );y2 = y0 - dz0(2)*( step0 + 0.618*(step1-step0) );[z2,dz2] = fxy(x2,y2);x1 = x0 - dz0(1)*( step0 + 0.382*(step1-step0) );y1 = y0 - dz0(2)*( step0 + 0.382*(step1-step0) );[z1,dz1] = fxy(x1,y1);if z1>z2step0 = step0 + 0.382*(step1-step0);else if z1<z2step1 = step0 + 0.618*(step1-step0);elsestep0 = step0 + 0.382*(step1-step0);step1 = step0 + 0.618*(step1-step0);endendnum1 = num1+1;endstep_opt = (step0+step1)/2; %最优步长x0 = x0 - dz0(1)*step_opt;y0 = y0 - dz0(2)*step_opt;[z0,dz0] = fxy(x0,y0);%line([x00,x0],[y00,y0],[z00,z0],'Color','r','LineWidth',2);line([x00,x0],[y00,y0],'Color','r','LineWidth',2);plot(x0,y0,'r+');num = num + 1;if abs(z0-z00) <= ea+er*abs(z00)break;endendhold off;disp(['Opt_Piont = ( ', num2str(x0), ',' ,num2str(y0),' )']); disp(['Opt_Value = ',num2str(z0)]);disp(['迭代次数：',num2str(num)]);disp(['线性搜索迭代次数：',num2str(num1)]);。
用MATLAB实现最速下降法
实验的题目和要求一、所属课程名称:最优化方法二、实验日期：2０10年5月10日~2010年5月1５日三、实验目的掌握最速下降法，牛顿法和共轭梯度法的算法思想,并能上机编程实现相应的算法。
二、实验要求用ＭATLAB 实现最速下降法，牛顿法和共轭梯度法求解实例。
四、实验原理最速下降法是以负梯度方向最为下降方向的极小化算法，相邻两次的搜索方向是互相直交的。
牛顿法是利用目标函数)(x f 在迭代点k x 处的Tayl ｏr 展开式作为模型函数，并利用这个二次模型函数的极小点序列去逼近目标函数的极小点。
共轭梯度法它的每一个搜索方向是互相共轭的,而这些搜索方向k d 仅仅是负梯度方向k g -与上一次接待的搜索方向1-k d 的组合。
五．运行及结果如下：最速下降法:题目:f ＝（x-２)^２+(y －4）＾2M 文件：ｆuncti ｏｎ [R,n]=s ｔｅｅｌ(x0，y0,eps)ｓyms x ;ｓｙms y ；f=(x －2)^2+（y-4)^２;ｖ＝[x ，ｙ];j=jacobia ｎ(ｆ，v ）;T ＝[ｓu ｂs （j(1),x,x ０),ｓub ｓ（ｊ（2），y,y ０）］;t ｅmp=s ｑrt((T （1））^２+（Ｔ（2))^2);x1＝ｘ0;ｙ１=ｙ0;n=0;syms kk ；wh ｉle (t ｅmp>ep ｓ)d=－T;f1＝x １+kk*d(1);ｆ2＝y1＋kk*d(2);fＴ=[subｓ(j（1）,x,f1),subs(ｊ(2），y,f2)];fun=ｓqrｔ((ｆT(1)）＾2＋(fＴ(２))＾2)；Mini＝Gold（fun,0，1,0.0０001）;x0=x1+Ｍｉnｉ*d（1）;ｙ0=ｙ1＋Mini*d(2);T=[subs（ｊ（1）,x,x０),subs(j(2),y,y0)］；tｅmp=ｓｑrｔ((T(１))^2+(T(２))^２);x1=x0;y1=ｙ0；n=n+1;endR=[ｘ0,ｙ0]调用黄金分割法:Ｍ文件:ｆuｎctiｏnＭiｎi＝Ｇｏld(f,a０，ｂ0,eps）symｓx；format long；sｙms kk；ｕ＝ａ０+0.３82*(b0-a0）;v＝a0＋０.61８＊(b０－a0);k=0;a＝a0;b=b0;arraｙ(k+1,１）=a；arrａy(ｋ+1，2)=ｂ;while(（b-a)/(b0-ａ0)>=eps）Fu=subs（ｆ,ｋk，ｕ);Fv=ｓｕbs(f，kk,v)；if(Fｕ<＝Fv）b=v；v＝u;u=a＋0．382*(ｂ-a)；k=k+１;ｅｌｓeiｆ(Fu>Fｖ)a=u；u=ｖ;ｖ＝a+0.６18＊（b－a）；k＝k+1；endaｒray(k＋1,１)=ａ；arｒay(k＋１,2）=b;eｎdＭini=（ａ+b)/2;输入：[Ｒ,n]=sｔeel(0，1,0.０0０１)Ｒ= １．99９9941366７642 3．99９99１20501４63 Ｒ= 1.9９999４13667６42 3.９９99９1２０50１4６３n = 1牛顿法：题目:f＝(ｘ-2)^2＋(y-4)＾2M文件:syms x1x2;f＝(x１-２)＾2＋（x2-4)^２;v=[x１,ｘ２];df＝ｊacｏｂiａn（f，ｖ);df=df.＇;G＝jacｏｂｉaｎ(df,v);epｓon=1e-12；x0=［0，0]＇;g1=sｕbs（df，｛ｘ1,x2},{x0(1,1）,ｘ0(2，1)});G１=subs(G,{x1,ｘ2｝,{x0(1,1),x０（2,1)}）;k=0;ｍuｌ_coｕnt=0;sum_couｎt=0;mul_count=mｕl_cｏｕnt+12;sum_couｎt=sum_cｏunｔ+６;wｈile(norm（g1）>epson)p＝-G1\g1;x0=x0＋p;g1=subs(df，｛ｘ1，ｘ2},{ｘ0(1，１）,x０（2,1)});G1＝subｓ（G,{x1,x２},{x0（1,1），x0(２,1)}）;ｋ=k+1;mｕｌ＿ｃｏunｔ=mul_ｃounｔ+1６;suｍ＿cｏunt=sｕm_ｃounｔ+１1；ｅｎd;kｘ0mul＿couｎtsum_ｃouｎｔ结果::k ＝ 1ｘ０=24ｍuｌ_coｕnt ＝2８ｓum_ｃｏunt = 17共轭梯度法：题目：f＝(x－2)^２＋(y-4）^2M文件：funｃtion f＝conjuｇaｔｅ_gｒad_２d（x0,t）ｘ=x0;ｓyｍs ｘi yi af＝(xi-２)^2+(ｙi-４)＾２;ｆx=diff(f，xｉ）;fy=ｄifｆ(ｆ,ｙi);fx=ｓubs(fx,｛xi,yi}，x0）;fy=subs(fy，{xi，yi}，x0);fi=[ｆx,fy］;count=0；whiｌe doublｅ(ｓqrｔ(fx＾2+fy^2))>tｓ=-fi;ｉfｃount<=0s=-fｉ;elｓes=s１;eｎdｘ＝x+a*s;f=sｕｂｓ(f,{ｘｉ,yi},x);f1=diff（f)；f１=solvｅ(f1);ifｆ1~=0ａi＝double(f1);eｌsebreakx，f=sｕbs(f,{xi,yi},x),counｔendx=suｂs（x,a,aｉ）;ｆ＝xi－xi^2+2*xi*yi+yｉ^2；fxi=ｄｉff(f,ｘi);fyi＝difｆ(f,ｙi);fxｉ＝ｓｕbs(fｘi,{xi,ｙi},x）;fyｉ=subs(fyｉ，{xi，ｙi}，x);ｆｉｉ＝［fxｉ,fyi];d=(fxi＾2＋ｆyi＾２)/(fx^２+fy^2）；s1=-fｉi＋d＊s;couｎt=coｕnt+1;ｆx＝ｆxｉ；fy=ｆyi;endx,f=ｓubｓ(ｆ,{ｘｉ,yi｝,x),cｏunt输入:cｏnjugatｅ_grad_２d([０,0］,0．0００1)结果：x ＝0.2４998825499785 -０.2４9999987４1273f= 0．124９９９9９98617６cｏuｎｔ=１0aｎs= 0．1２４９9999986176六、结论如下：最速下降法越接近极小值,步长越小，前进越慢。
MATLAB实现最速下降法(梯度)程序
matlab最速下降法2010-08-18 17:13function x=fsxsteep(f,e,a,b)% fsxsteep函数最速下降法% x=fsxsteep(f,e,a,b)为输入函数 f为函数 e为允许误差 (a,b)为初始点;% fsx TJPU 2008.6.15x1=a;x2=b;Q=fsxhesse(f,x1,x2);x0=[x1 x2]';fx1=diff(f,'x1'); %对x1求偏导数fx2=diff(f,'x2'); %对x2求偏导数g=[fx1 fx2]'; %梯度g1=subs(g); %把符号变量转为数值d=-g1;while (abs(norm(g1))>=e)t=(-d)'*d/((-d)'*Q*d);t=(-d)'*d/((-d)'*Q*d); %求搜索方向x0=x0-t*g1; %搜索到的点v=x0;a=[1 0]*x0;b=[0 1]*x0;x1=a;x2=b;g1=subs(g);d=-g1;end;x=v;function x=fsxhesse(f,a,b)% fsxhesse函数求函数的hesse矩阵；% 本程序仅是简单的求二次函数的hesse矩阵！；% x=fsxhesse(f)为输入函数 f为二次函数 x1,x2为自变量；% fsx TJPU 2008.6.15x1=a;x2=b;fx=diff(f,'x1'); %求f对x1偏导数fy=diff(f,'x2'); %求f对x2偏导数fxx=diff(fx,'x1'); %求二阶偏导数对x1再对x1fxy=diff(fx,'x2'); %求二阶偏导数对x1再对x2fyx=diff(fy,'x1'); %求二阶偏导数对x2再对x1fyy=diff(fy,'x2'); %求二阶偏导数对x2再对x2fxx=subs(fxx); %将符号变量转化为数值fxy=subs(fxy);fyx=subs(fyx);fyy=subs(fyy);x=[fxx,fxy;fyx,fyy]; %求hesse矩阵syms x1 x2;X=[x1,x2];fx=X(1)^2+2*X(2)^2;z=fsxsteep(fx,0.001,1,1)。
matlab中的一些经典算法
matlab中的一些经典算法在MATLAB中，有许多经典算法可以用于各种数学和工程问题。
以下是一些常见的经典算法：1. 最小二乘法（Least Squares Method），用于拟合数据和解决过定系统的线性方程组。
MATLAB中的`polyfit`和`lsqcurvefit`函数可以实现最小二乘拟合。
2. 快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform, FFT），用于信号处理和频域分析。
MATLAB中的`fft`函数可以对信号进行快速傅里叶变换。
3. 线性规划（Linear Programming），用于优化问题的求解，例如最大化/最小化线性目标函数的线性约束问题。
MATLAB中的`linprog`函数可以用于线性规划求解。
4. 非线性最小二乘法（Nonlinear Least Squares），用于拟合非线性模型到数据。
MATLAB中的`lsqnonlin`函数可以用于非线性最小二乘拟合。
5. 最优化算法（Optimization Algorithms），MATLAB提供了许多优化算法，包括梯度下降、共轭梯度、拟牛顿等算法，用于解决无约束和约束优化问题。
6. 插值算法（Interpolation），MATLAB中的`interp1`和`interp2`函数可以用于一维和二维数据的插值。
7. 微分方程求解（Differential Equation Solving），MATLAB中的`ode45`和`ode15s`等函数可以用于求解常微分方程和偏微分方程。
8. 图像处理算法（Image Processing Algorithms），MATLAB提供了丰富的图像处理工具箱，包括滤波、边缘检测、图像分割等经典算法。
以上列举的算法只是 MATLAB 中众多经典算法的一小部分，它们在数学建模、信号处理、优化、图像处理等领域有着广泛的应用。
希望这些信息能够帮助到你。
最速下降法matlab代码
最速下降法matlab代码最速下降法（Steepest Descent Method）是一种优化算法，用于求解无约束最优化问题。
下面是一个使用MATLAB实现最速下降法的代码示例：```matlabfunction x = steepest_descent(f, grad_f, x0, tol, max_iter)% f: 目标函数% grad_f: 目标函数的梯度% x0: 初始点% tol: 迭代停止的容差% max_iter: 最大迭代次数x = x0; % 初始点iter = 0; % 迭代次数while norm(grad_f(x)) > tol && iter < max_iterp = -grad_f(x); % 计算搜索方向% 一维搜索，选择合适的步长alphaalpha = backtracking_line_search(f, grad_f, x, p);x = x + alpha * p; % 更新变量xiter = iter + 1;endendfunction alpha = backtracking_line_search(f, grad_f, x, p, alpha0, rho, c)% f: 目标函数% grad_f: 目标函数的梯度% x: 当前点% p: 搜索方向% alpha0: 初始步长% rho: 减小步长的比例因子% c: Armijo-Goldstein条件的常数因子if nargin < 6rho = 0.5; % 默认减小步长的比例因子endif nargin < 7c = 0.1; % 默认Armijo-Goldstein条件的常数因子endalpha = alpha0; % 初始步长while f(x + alpha * p) > f(x) + c * alpha * grad_f(x)' * palpha = rho * alpha; % 减小步长endend```在上述代码中，`steepest_descent`函数实现了最速下降法的主要逻辑。
用MATLAB实现共轭梯度法求解实例
用MATLAB实现共轭梯度法求解实例介绍共轭梯度法是一种迭代优化算法，用于求解线性方程组或最小化二次函数的问题。
在本文档中，我们将使用MATLAB来实现共轭梯度法，并通过一个实例来演示它的应用。
共轭梯度法共轭梯度法是一种迭代优化算法，用于求解形如Ax=b的线性方程组。
它的主要思想是利用迭代过程中的残差和共轭梯度的特性，逐步逼近方程的解。
共轭梯度法的优点是收敛速度快，尤其适用于大规模稀疏线性方程组的求解。
共轭梯度法的具体步骤共轭梯度法的具体步骤如下： 1. 初始化解向量x和残差r，令初始残差r0等于b减去Ax的乘积，初始搜索方向p等于r0。
2. 迭代更新解向量： - 计算搜索步长α：α等于r的转置乘以r除以p的转置乘以Ap的乘积。
- 更新解向量和残差：x等于x加上α乘以p，r等于r减去α乘以Ap。
- 计算残差的L2范数：如果残差的L2范数小于预设阈值，停止迭代；否则，继续迭代。
- 计算搜索方向的系数β：β等于r的转置乘以r除以上一次迭代的残差r的转置乘以上一次迭代的残差r的乘积。
- 更新搜索方向：p等于r加上β乘以上一次迭代搜索方向p。
3. 输出解向量x，即为线性方程组的解。
实例在这个实例中，我们将使用共轭梯度法来求解以下线性方程组：A = [4, -1, 0; -1, 4, -1; 0, -1, 4]b = [5; 5; 10]首先，我们将初始化解向量x、残差r和搜索方向p：A = [4, -1, 0; -1, 4, -1; 0, -1, 4];b = [5; 5; 10];x = zeros(size(b)); % 初始化解向量xr = b - A*x; % 初始化残差rp = r; % 初始化搜索方向p然后，我们将进行迭代更新解向量：while norm(r) > 1e-6% 设置迭代终止条件为残差的L2范数小于1e-6Ap = A*p; % 计算Apalpha = (r'*r) / (p'*Ap); % 计算搜索步长alphax = x + alpha*p; % 更新解向量xr_new = r - alpha*Ap; % 计算新的残差rbeta = (r_new'*r_new) / (r'*r); % 计算搜索方向系数betap = r_new + beta*p; % 更新搜索方向pr = r_new; % 更新残差rend最后，输出解向量x的值：x共轭梯度法是一种有效的迭代优化算法，用于求解线性方程组。
matlab共轭梯度法求解方程组
主题：matlab共轭梯度法求解方程组近年来，随着科学技术的不断发展，数学建模和计算机仿真成为科学研究和工程技术领域的重要手段。
在实际应用中，我们常常需要解决线性方程组的求解问题，而共轭梯度法作为一种高效的迭代求解方法，广泛应用于信号处理、图像处理、地球物理勘探和优化问题等领域。
本文将介绍如何利用matlab中的共轭梯度法求解线性方程组的基本原理和实际操作方法。
1. 共轭梯度法的基本原理共轭梯度法是一种迭代法，用于求解对称正定线性方程组Ax=b。
该方法的核心思想是通过一系列的迭代操作，逐步逼近方程组的解，直到满足一定的精度要求。
在每一步迭代中，共轭梯度法利用残差和方向向量的共轭性质，不断寻找最优的步长，从而实现方程组的求解。
2. matlab中共轭梯度法的基本调用方法在matlab中，调用共轭梯度法求解线性方程组非常简单。
需要将方程组的系数矩阵A和右端向量b输入到matlab中，然后利用内置函数conjugateGradient进行求解。
具体的调用方法如下：x = conjugateGradient(A, b, x0, maxIter, tol)其中，A为系数矩阵，b为右端向量，x0为初始解向量，maxIter为最大迭代次数，tol为精度要求。
调用完毕后，matlab将返回方程组的近似解x。
3. 共轭梯度法在实际工程中的应用共轭梯度法作为一种高效的求解方法，在工程技术领域得到了广泛的应用。
以图像处理为例，图像处理中经常需要解决大规模的线性方程组，而共轭梯度法能够高效地求解这类问题，提高了图像处理算法的效率和稳定性。
另外，在地球物理勘探中，共轭梯度法也被广泛应用于三维数据的快速处理和解释。
可以说，共轭梯度法在实际工程中发挥着重要的作用。
4. 共轭梯度法的优缺点分析尽管共轭梯度法具有非常高的效率和稳定性，但是该方法也存在一些缺点。
该方法只适用于对称正定的线性方程组，对于一般的线性方程组并不适用。
共轭梯度法的收敛速度受到方程条件数的影响，对于病态问题，可能收敛速度较慢。
最优化计算方法及其matlab程序实现
最优化计算方法及其matlab程序实现以最优化计算方法及其MATLAB程序实现为标题的文章最优化计算是一种重要的数学方法，可以用于解决各种实际问题。
最优化计算的目标是找到一个使得目标函数取得最大或最小值的变量取值。
在实际应用中，最优化计算广泛应用于经济学、工程学、管理学等领域。
在最优化计算中，常用的方法有无约束优化方法和约束优化方法。
无约束优化方法用于求解没有约束条件的最优化问题，常见的方法有牛顿法、梯度下降法、共轭梯度法等。
约束优化方法用于求解带有约束条件的最优化问题，常见的方法有拉格朗日乘子法、KKT条件法等。
MATLAB是一种强大的数值计算软件，它提供了丰富的最优化计算函数和工具箱，可以方便地实现各种最优化计算方法。
下面将介绍几种常用的最优化计算方法及其在MATLAB中的实现。
1. 牛顿法牛顿法是一种基于一阶和二阶导数信息的优化方法，可以用于求解无约束最优化问题。
其基本思想是通过一阶导数和二阶导数信息来逼近目标函数的局部极小值点。
在MATLAB中，可以使用fminunc函数实现牛顿法。
2. 梯度下降法梯度下降法是一种基于一阶导数信息的优化方法，可以用于求解无约束最优化问题。
其基本思想是沿着目标函数梯度的反方向进行搜索，以找到目标函数的极小值点。
在MATLAB中，可以使用fminunc函数实现梯度下降法。
3. 共轭梯度法共轭梯度法是一种基于一阶导数信息的优化方法，可以用于求解无约束最优化问题。
其基本思想是通过迭代的方式，利用前一次迭代的搜索方向和当前的梯度信息来更新搜索方向，以加速收敛速度。
在MATLAB中，可以使用fminunc函数实现共轭梯度法。
4. 拉格朗日乘子法拉格朗日乘子法是一种用于求解带有等式约束和不等式约束的最优化问题的方法。
其基本思想是将带约束的优化问题转化为一个不带约束的优化问题，在目标函数中引入拉格朗日乘子，并通过求解原问题和对偶问题的极值点来得到最优解。
在MATLAB中，可以使用fmincon函数实现拉格朗日乘子法。
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MATLAB实现最速下降法_和牛顿法和共轭梯度法最速下降法:
题目:f=(x-2)^2+(y-4)^2
M文件:
function [R,n]=steel(x0,y0,eps) syms x;
syms y;
f=(x-2)^2+(y-4)^2;
v=[x,y];
j=jacobian(f,v);
T=[subs(j(1),x,x0),subs(j(2),y,y0)]; temp=sqrt((T(1))^2+(T(2))^2); x1=x0;y1=y0;
n=0;
syms kk;
while (temp>eps)
d=-T;
f1=x1+kk*d(1);f2=y1+kk*d(2);
fT=[subs(j(1),x,f1),subs(j(2),y,f2)];
fun=sqrt((fT(1))^2+(fT(2))^2);
Mini=Gold(fun,0,1,0.00001);
x0=x1+Mini*d(1);y0=y1+Mini*d(2);
T=[subs(j(1),x,x0),subs(j(2),y,y0)];
temp=sqrt((T(1))^2+(T(2))^2);
x1=x0;y1=y0;
n=n+1;
end
R=[x0,y0]
调用黄金分割法:
M文件:
function Mini=Gold(f,a0,b0,eps) syms x;format long; syms kk;
u=a0+0.382*(b0-a0);
v=a0+0.618*(b0-a0);
k=0;
a=a0;b=b0;
array(k+1,1)=a;array(k+1,2)=b; while((b-a)/(b0-a0)>=eps) Fu=subs(f,kk,u);
Fv=subs(f,kk,v);
if(Fu<=Fv)
b=v;
v=u;
u=a+0.382*(b-a);
k=k+1;
elseif(Fu>Fv)
a=u;
u=v;
v=a+0.618*(b-a);
k=k+1;
end
array(k+1,1)=a;array(k+1,2)=b; end
Mini=(a+b)/2;
输入:
[R,n]=steel(0,1,0.0001)
R = 1.99999413667642 3.99999120501463 R = 1.99999413667642
3.99999120501463 n = 1
牛顿法:
题目:f=(x-2)^2+(y-4)^2
M文件:
syms x1 x2;
f=(x1-2)^2+(x2-4)^2;
v=[x1,x2];
df=jacobian(f,v);
df=df.';
G=jacobian(df,v);
epson=1e-12;x0=[0,0]';g1=subs(df,{x1,x2},{x0(1,1),x0(2,1)});G1=subs (G,{x1,x2},{x0(1,1),x0(2,1)});k=0;mul_count=0;sum_count=0;
mul_count=mul_count+12;sum_count=sum_count+6; while(norm(g1)>epson) p=-G1\g1;
x0=x0+p;
g1=subs(df,{x1,x2},{x0(1,1),x0(2,1)});
G1=subs(G,{x1,x2},{x0(1,1),x0(2,1)});
k=k+1;
mul_count=mul_count+16;sum_count=sum_count+11;
end;
k
x0
mul_count
sum_count
结果::k = 1
x0 =
2
4
mul_count = 28
sum_count = 17 共轭梯度法:
题目:f=(x-2)^2+(y-4)^2
M文件:
function f=conjugate_grad_2d(x0,t)
x=x0;
syms xi yi a
f=(xi-2)^2+(yi-4)^2; fx=diff(f,xi);
fy=diff(f,yi);
fx=subs(fx,{xi,yi},x0); fy=subs(fy,{xi,yi},x0); fi=[fx,fy]; count=0;
while double(sqrt(fx^2+fy^2))>t
s=-fi;
if count<=0
s=-fi;
else
s=s1;
end
x=x+a*s;
f=subs(f,{xi,yi},x);
f1=diff(f);
f1=solve(f1);
if f1~=0
ai=double(f1);
else
break
x,f=subs(f,{xi,yi},x),count end
x=subs(x,a,ai);
f=xi-xi^2+2*xi*yi+yi^2;
fxi=diff(f,xi);
fyi=diff(f,yi);
fxi=subs(fxi,{xi,yi},x);
fyi=subs(fyi,{xi,yi},x);
fii=[fxi,fyi];
d=(fxi^2+fyi^2)/(fx^2+fy^2); s1=-fii+d*s;
count=count+1;
fx=fxi;
fy=fyi;
end
x,f=subs(f,{xi,yi},x),count 输入:conjugate_grad_2d([0,0],0.0001) 结果:
x = 0.24998825499785 -0.24999998741273
f = 0.12499999986176
count = 10
ans = 0.12499999986176。