第三讲 MATLAB优化工具箱(GUI)
MATLAB OPTIMATION TOOL GUI界面翻译和介绍
Matlab自带优化工具箱遗传算法中文解释
1、problem setup and results设置与结果
（1）Solver：求解程序，选择要用的求解程序（遗传算法，遗传算法多目标等）
（2）problem：
1）fitness function适应度函数，求最小
2）number of variable变量数，必须是整数，即使用这个GUI界面的适应度函数的变量必须是[1*n]的向量，而不能是[m*n]的矩阵。
3）constraints约束
4）linear inequalities线性不等式，A*x<=b形式，其中A是矩阵，b是向量
5）linear equalities线性等式，A*x=b形式，其中A是矩阵，b是向量
6）bounds定义域，lower下限，upper上限，列向量形式，每一个位置对应一个变量
7）nonlinear constraint function非线性约束，用户定义，非线性等式必须写成c=0形式，不等式必须写成c<=0形式
8）integer variable indices整型变量标记约束，使用该项时Aeq和beq必须为空，所有非线性约束函数必须返回一个空值，种群类型必须是实数编码
9）run solver and view results求解
use random states from previous run使用前次的状态运行，完全重复前次运行的过程和结果。
matlab优化工具箱介绍51页
val = optimget(options,'param') 返回优化参数options中指定的参数的值。
只需要用参数开头的字母来定义参数就行了。
val = optimget(options,'param',default) 若options结构参数中没有定义指定参数，则返回缺省值。
注意，这种形式的函数主要用于其它优化函数。
举例：1．下面的命令行将显示优化参数options返回到my_options结构中：val = optimget(my_options,'Display')2．下面的命令行返回显示优化参数options到my_options结构中（就象前面的例子一样），但如果显示参数没有定义，则返回值'final':optnew = optimget(my_options,'Display','final');参见：optimset● optimset函数功能：创建或编辑优化选项参数结构。
语法：options = optimset('param1',value1,'param2',value2,...)optimsetoptions = optimsetoptions = optimset(optimfun)options = optimset(oldopts,'param1',value1,...)options = optimset(oldopts,newopts)描述：options = optimset('param1',value1,'param2',value2,...) 创建一个称为options的优化选项参数，其中指定的参数具有指定值。
所有未指定的参数都设置为空矩阵[]（将参数设置为[]表示当options传递给优化函数时给参数赋缺省值）。
MATLAB优化工具箱
4、x=linprog(c,A,b,Aeq,beq,vlb,vub,X0) 、
也用于求解模型(3)，其中 表示初始点 表示初始点. 也用于求解模型 ，其中X0表示初始点
5、[x,fval]=linprog(…) 、
MAபைடு நூலகம்LAB软件求解线性规划 软件求解线性规划
1、x=linprog(c,A,b) 、
用于求解模型： 用于求解模型：
min z = cX s.t. AX ≤ b
min z = cX
2、x=linprog(c,A,b,Aeq,beq) 、
用于求解模型： 用于求解模型：
AX ≤ b s .t . Aeq ⋅ X = beq
2.多元函数无约束优化问题 多元函数无约束优化问题
min F ( X ) 多元函数无约束极小化问题的标准型为： 多元函数无约束极小化问题的标准型为：
其中X为 维变元向量 维变元向量.用 求解上述问题， 其中 为n维变元向量 用MATLAB求解上述问题，可以使 求解上述问题 函数或fminsearch函数 命令格式为： 函数.命令格式为 用fminunc函数或 函数或 函数 命令格式为： (1) x=fminunc(fun,X0),或x=fminsearch(fun,X0) 或 (2) x=fminunc(fun,X0,options)或 或 x=fminsearch(fun,X0,options) (3) [x,fval]=fminunc(…)或[x,fval]=fminsearch(…) 或 (4) [x,fval,exitflag]=fminunc(…)或 或 [x,fval,exitflag]=fminsearch (5) [x,fval,exitflag,output]=fminunc(…)或 或 [x,fval,exitflag,output]=fminsearch(…)
MATLAB优化工具箱
MATLAB优化工具箱MATLAB（Matrix Laboratory）是一种常用的数学软件包，广泛用于科学计算、工程设计和数据分析等领域。
MATLAB优化工具箱（Optimization Toolbox）是其中一个重要的工具箱，提供了一系列用于求解优化问题的函数和算法。
本文将介绍MATLAB优化工具箱的功能、算法原理以及使用方法。
对于线性规划问题，优化工具箱提供了linprog函数。
它使用了线性规划算法中的单纯形法和内点法，能够高效地解决线性规划问题。
用户只需要提供线性目标函数和约束条件，linprog函数就能自动找到最优解，并返回目标函数的最小值和最优解。
对于整数规划问题，优化工具箱提供了intlinprog函数。
它使用分支定界法和割平面法等算法，能够求解只有整数解的优化问题。
用户可以指定整数规划问题的目标函数、约束条件和整数变量的取值范围，intlinprog函数将返回最优的整数解和目标函数的最小值。
对于非线性规划问题，优化工具箱提供了fmincon函数。
它使用了使用了一种称为SQP（Sequential Quadratic Programming）的算法，能够求解具有非线性目标函数和约束条件的优化问题。
用户需要提供目标函数、约束条件和初始解，fmincon函数将返回最优解和最优值。
除了上述常见的优化问题，MATLAB优化工具箱还提供了一些特殊优化问题的解决方法。
例如，对于多目标优化问题，可以使用pareto函数找到一组非劣解，使得在目标函数之间不存在改进的解。
对于参数估计问题，可以使用lsqnonlin函数通过最小二乘法估计参数的值，以使得观测值和模型预测值之间的差异最小化。
MATLAB优化工具箱的使用方法非常简单，只需按照一定的规范格式调用相应的函数，即可求解不同类型的优化问题。
用户需要注意提供正确的输入参数，并根据具体问题的特点选择适应的算法。
为了提高求解效率，用户可以根据问题的特点做一些必要的预处理，例如，选择合适的初始解，调整约束条件的松紧程度等。
MATLAB优化工具箱
MATLAB优化工具箱主要包含线性和非线性规划、约束和无 约束优化、多目标和多标准优化、全局和区间优化等功能， 以及用于优化模型构建和结果可视化的工具。
MATLAB优化工具箱的功能
实例
使用MATLAB求解一个简单的非线性规划问题，以最小化一个非线性目标函数，在给定约 束条件下。
使用MATLAB优化工具箱求解约束优化问题
要点一
约束优化问题定义
约束优化问题是一类带有各种约束条 件的优化问题，需要求解满足所有约 束条件的最优解。
要点二
MATLAB求解约束优 化问题的步骤
首先使用fmincon函数定义目标函数 和约束条件，然后调用fmincon函数 求解约束优化问题。
MATLAB优化工具箱的应用领域
MATLAB优化工具箱广泛应用于各种领域，例如生产管 理、金融、交通运输、生物信息学等。
MATLAB优化工具箱可以用于解决一系列实际问题，例 如资源分配、生产计划、投资组合优化、路径规划等。
MATLAB优化工具箱还为各种实际问题的优化提供了解 决方案，例如采用遗传算法、模拟退火算法、粒子群算 法等现代优化算法解决非线性规划问题。
用户可以使用MATLAB中的“parfor”循环来 并行计算，以提高大规模问题的求解速度。
05
MATLAB优化工具箱的优势和不足
MATLAB优化工具箱的优势
01
高效灵活
02
全面的优化方法
MATLAB优化工具箱提供了高效的优 化算法和灵活的使用方式，可以帮助 用户快速解决各种优化问题。
MATLAB优化工具箱包含了多种优化 算法，包括线性规划、非线性规划、 约束优化、无约束优化等，可以满足 不同用户的需求。
MATLAB中的优化工具箱详解
MATLAB中的优化工具箱详解引言：在科学研究和工程领域中，优化是一个非常重要的问题。
优化问题涉及到如何找到某个问题的最优解，这在很多实际问题中具有重要的应用价值。
MATLAB作为一种强大的数学软件，提供了优化工具箱，为用户提供了丰富的优化算法和工具。
本文将以详细的方式介绍MATLAB中的优化工具箱，帮助读者深入了解和使用该工具箱。
一、优化问题的定义1.1 优化问题的基本概念在讨论MATLAB中的优化工具箱之前，首先需要了解优化问题的基本概念。
优化问题可以定义为寻找某个函数的最大值或最小值的过程。
一般地，优化问题可以形式化为：minimize f(x)subject to g(x) ≤ 0h(x) = 0其中，f(x)是待优化的目标函数，x是自变量，g(x)和h(x)是不等式约束和等式约束函数。
优化问题的目标是找到使目标函数最小化的变量x的取值。
1.2 优化工具箱的作用MATLAB中的优化工具箱提供了一系列强大的工具和算法，以解决各种类型的优化问题。
优化工具箱可以帮助用户快速定义和解决优化问题，提供了多种优化算法，包括线性规划、非线性规划、整数规划、多目标优化等。
同时，优化工具箱还提供了用于分析和可视化优化结果的功能，使用户能够更好地理解和解释优化结果。
二、MATLAB优化工具箱的基本使用步骤2.1 问题定义使用MATLAB中的优化工具箱，首先需要定义问题的目标函数、约束函数以及自变量的取值范围。
可以使用MATLAB语言编写相应的函数，并将其作为输入参数传递给优化工具箱的求解函数。
在问题的定义阶段，用户需要仔细考虑问题的特点，选择合适的优化算法和参数设置。
2.2 求解优化问题在问题定义完成后，可以调用MATLAB中的优化工具箱函数进行求解。
根据问题的特性，可以选择不同的优化算法进行求解。
通常，MATLAB提供了各种求解器，如fmincon、fminunc等，用于不同类型的优化问题。
用户可以根据具体问题选择合适的求解器，并设置相应的参数。
Matlab技术GUI界面优化
Matlab技术GUI界面优化引言在科学计算和数据分析领域，Matlab一直以来都是一款备受欢迎的工具。
Matlab不仅提供了丰富的数学和统计函数库，还拥有强大的绘图能力。
然而，对于那些需要频繁使用Matlab进行数据处理和分析的用户来说，Matlab的默认图形用户界面(GUI)可能并不够理想。
因此，在本文中，我们将探讨如何优化Matlab的GUI界面，以提高工作效率和用户体验。
一、界面美化Matlab的默认界面相对简单和朴素，为了提高用户的工作体验，我们可以通过一些简单的方法美化界面。
首先，我们可以更改默认的颜色主题。
Matlab提供了多种颜色主题供用户选择，比如明亮、黑暗和专业等。
用户可以根据自己的喜好和使用环境选择合适的颜色主题，以获得更舒适的视觉体验。
除了颜色主题，我们还可以添加自定义的工具栏和工具箱。
Matlab提供了丰富的工具箱，用于不同领域的数据处理和可视化需求。
用户可以根据自己的使用习惯和需要，自定义工具栏和工具箱的布局和快捷方式，以便快速访问常用的函数和工具。
二、界面布局优化Matlab的默认界面布局比较简单，主要由命令窗口、编辑器窗口和工作区组成。
然而，对于复杂的数据处理和分析任务来说，这样的布局并不够灵活和高效。
因此，我们可以通过以下方法来优化界面布局。
1. 分割窗口Matlab提供了分割窗口的功能，允许用户在一个窗口中同时显示多个功能界面。
用户可以根据自己的需求，将命令窗口、编辑器窗口和工作区等功能界面组合在一起，以提高工作效率。
通过分割窗口，用户可以在不切换窗口的情况下，快速查看和编辑代码，同时监视数据的变化。
2. 自定义布局除了分割窗口，Matlab还提供了自定义布局的功能，允许用户根据自己的需求将界面分成不同的区域，并在每个区域中放置不同的功能界面。
这样一来，用户可以根据任务的需要，灵活地切换不同的界面布局，以提高操作的效率和灵活性。
三、工具箱使用技巧Matlab的工具箱提供了丰富的函数和工具，用于各种数据处理和分析任务。
MATLAB优化工具箱
xx年xx月xx日
目 录
• 优化工具箱简介 • 线性规划 • 非线性规划 • 整数规划 • 多目标规划 • 优化工具箱的应用领域与前景
01
优化工具箱简介
什么是优化工具箱
1
优化工具箱是MATLAB软件中的一个工具箱， 用于解决各种优化问题。
2
它基于MATLAB编程语言，提供了一系列用于 优化分析的函数和工具。
优化工具箱的模块与算法
优化工具箱主要包括以下模块
01
02
Linear Programming（线性规划模块）
Nonlinear Programming（非线性规划模 块）
03
Unconstrained Optimization（无约束优 化模块）等
05
04
Constrained Optimization（约束优化模 块）
06
优化工具箱的应用领域与前景
优化工具箱在各个领域的应用情况
经济学
用于建立复杂的经济模型，如最优化问题 中的供需平衡、资源配置等。
生物医学
在药物研发、生理系统建模等方面应用广 泛。
工程学
在机械、航空、电力等领域，优化工具箱 可用于机构设计、控制系统等。
金融
用于投资组合优化、风险管理等。
计算机科学
在使用MATLAB求解整数规划问题之 前，需要先建立数学模型。这个模型 通常由一个目标函数和一系列约束条 件组成。在MATLAB中，可以使用命 令行或GUI界面来建立和编辑模型。
调用求解器
一旦建立了整数规划问题的模型，就 可以使用MATLAB中的求解器来求解 它。常见的求解器包括CPLEX和 Gurobi。这些求解器可以处理大规模 的整数规划问题，并提供了很高的求 解精度。
在Matlab中使用GUI工具箱进行界面设计
在Matlab中使用GUI工具箱进行界面设计Matlab是一款功能强大的科学计算软件，它不仅可以进行数值计算和数据分析，还提供了用于图形用户界面（Graphical User Interface，简称GUI）的工具箱。
通过GUI工具箱，用户可以设计出直观、易用的界面，方便自己和他人使用和操作自己编写的程序。
GUI工具箱提供了丰富的可视化组件，如按钮、文本框、下拉菜单等，以及一系列的回调函数，使得在Matlab环境中进行GUI设计变得相对简单。
下面我将简单介绍一下在Matlab中使用GUI工具箱进行界面设计的流程和常用技巧。
首先，打开Matlab软件，创建一个新的GUI应用程序。
在Matlab命令窗口中输入"guide"命令，即可打开GUI编辑器。
在GUI编辑器中，可以选择默认的空白界面或基于模板的预设界面进行设计。
在设计界面之前，需要明确自己的需求和设计目标。
例如，设计一个简单的计算器界面，包含输入框、按钮和显示框等组件。
接下来，可以通过拖拽和放置组件等方式来设计界面。
在GUI编辑器的左侧可以看到工具箱，其中包含了各种可用的界面组件。
不同组件有不同的属性，可以通过调整属性值来实现个性化的设计。
例如，我们可以在界面上放置一个输入框组件，用于用户输入计算器的操作数。
在属性编辑器中，可以设置输入框的位置、大小、默认值等属性。
同样地，我们可以在界面上放置一个按钮组件，用于用户点击进行计算。
在属性编辑器中，可以设置按钮的文本、位置、大小等属性。
在设计完界面之后，需要为按钮组件添加回调函数，以响应用户的操作。
回调函数是一种特殊的函数，当用户与界面交互时会被调用。
回调函数可以通过访问界面上的组件来获取用户输入的数据，并进行相应的计算和操作。
在Matlab中，可以通过编辑按钮的"Callback"属性来设置回调函数。
例如，我们可以为计算按钮添加如下的回调函数：function calculateButton_Callback(hObject, eventdata, handles)operand = str2double(get(handles.inputBox, 'String'));result = calculate(operand);set(handles.outputBox, 'String', num2str(result));上述回调函数中，首先通过获取输入框组件的字符串，将用户输入的操作数转换为浮点数。
matlab优化工具箱介绍
matlab优化工具箱介绍Matlab优化工具箱简介1 引言最优化方法是专门研究如何从多个方案中选择最佳方案的科学。
最优化是一门应用广泛的学科,它讨论决策问题的最佳选择的特性,构造寻求最佳解的计算方法[1]。
在生活和工作中，优化问题广泛存在。
最优化方法的研究和应用已经涉及很多领域，并取得了很好的经济效益和社会效益。
MATLAB是Mathworks公司推出的一套功能强大的过程计算及数值分析软件，是目前世界上应用最广泛的工程计算软件之一[2]。
它包含很多工具箱，主要用来扩充matlab的数值计算、符号运算、图形建模仿真等功能，使其能够用于多种学科。
如，控制系统工具箱（Control System T oolbox）、信号处理工具箱（Signal Processing Toolbox）、财政金融工具箱(Financial Toolbox)等等.本文主要介绍Matlab的优化工具箱（Optimization T oolbox）的一些内容。
2 优化工具箱简介（1）Matlab的优化工具箱主要应用包括:①求解无约束条件非线性极小值；②求解约束条件下非线性极小值，包括目标逼近问题、极大-极小值问题；③求解二次规划和线性规划问题；④非线性最小二乘逼近和曲线拟合；⑤求解复杂结构的大规模优化问题。
（2（3）Matlab优化函数的查阅与定位在matlab的命令窗口键入命令help optiom结果显示该工具箱中所有函数清单,部分函数如下图示。
优化工具箱部分函数清单（4）优化工具箱的结构优化工具箱的结构如下图所示；3 优化函数简介3.1 线性规划问题线性规划问题是目标函数和约束条件均为线性函数的问题。
线性规划问题的数学模型为：min n R x x f ∈'s.t.：b x A ≤*beq x Aeq =*ub x lb ≤≤其中f 、x 、b 、beq 、lb 、ub 为向量，A 、Aeq 为矩阵。
其它形式的线性规划问题都可经过适当变换化为此标准形式。
Matlab的优化工具箱
功能：创建或编辑优化选项参数结构。
语法：options = optimset('param1',value1,'param2',value2,...)optimsetoptions = optimsetoptions = optimset(optimfun)options = optimset(oldopts,'param1',value1,...)options = optimset(oldopts,newopts)描述：options = optimset('param1',value1,'param2',value2,...) 创建一个称为options的优化选项参数，其中指定的参数具有指定值。
所有未指定的参数都设置为空矩阵[]（将参数设置为[]表示当options传递给优化函数时给参数赋缺省值）。
赋值时只要输入参数前面的字母就行了。
optimset函数没有输入输出变量时，将显示一张完整的带有有效值的参数列表。
options = optimset (with no input arguments) 创建一个选项结构options，其中所有的元素被设置为[]。
options = optimset(optimfun) 创建一个含有所有参数名和与优化函数optimfun相关的缺省值的选项结构options。
options = optimset(oldopts,'param1',value1,...) 创建一个oldopts的拷贝，用指定的数值修改参数。
options = optimset(oldopts,newopts) 将已经存在的选项结构oldopts与新的选项结构newopts进行合并。
newopts参数中的所有元素将覆盖oldopts参数中的所有对应元素。
举例：1．下面的语句创建一个称为options的优化选项结构，其中显示参数设为'iter'，TolFun参数设置为1e-8:options = optimset('Display','iter','TolFun',1e-8)2．下面的语句创建一个称为options的优化结构的拷贝，改变TolX参数的值，将新值保存到optnew参数中:optnew = optimset(options,'TolX',1e-4);3．下面的语句返回options优化结构，其中包含所有的参数名和与fminbnd 函数相关的缺省值：options = optimset('fminbnd')4．若只希望看到fminbnd函数的缺省值，只需要简单地键入下面的语句就行了：optimset fminbnd或者输入下面的命令，其效果与上面的相同：optimset('fminbnd')参见：optimget9.1.4 模型输入时需要注意的问题使用优化工具箱时，由于优化函数要求目标函数和约束条件满足一定的格式，所以需要用户在进行模型输入时注意以下几个问题：1.目标函数最小化优化函数fminbnd、fminsearch、fminunc、fmincon、fgoalattain、fminmax 和lsqnonlin都要求目标函数最小化，如果优化问题要求目标函数最大化，可以通过使该目标函数的负值最小化即-f(x)最小化来实现。
matlab优化工具箱简介
目标函数与约束条件设定
目标函数
定义优化问题的目标，例如成本最小化、收 益最大化等。
约束条件
限制决策变量的取值范围，确保解满足特定 要求，如资源限制、时间限制等。
边界条件
设定决策变量的上下界，进一步缩小解空间 。
参数设置及初始化
初始解
为优化算法提供初始解，可加速收敛过程。
算法参数
选择合适的优化算法，并设置相关参数，如 迭代次数、收敛精度等。
fmincon
用于解决非线性规划问题，支持有约束和无约束的情 况，可以处理大规模问题。
fminunc
用于解决无约束非线性规划问题，采用梯度下降法进 行求解。
fminbnd
用于解决单变量非线性最小化问题，可以在指定区间 内寻找最小值。
多目标优化求解器
gamultiobj
用于解决多目标优化问题，采用遗传 算法进行求解，可以处理离散和连续 变量。
而简化问题的求解。
求解精度设置
合理设置求解精度可以避免 因精度过高导致的计算资源 浪费，同时也能保证求解结
果的准确性。
算法收敛性判断
对于某些复杂的优化问题， 可能会出现算法无法收敛的 情况。此时可以尝试调整算 法参数、增加迭代次数或使 用其他算法进行求解。
06
CATALOGUE
总结与展望
本次课程回顾总结
数据预处理
对输入数据进行清洗、转换等预处理操作， 以适应模型要求。
03
CATALOGUE
求解器与算法介绍
线性规划求解器
linprog
用于解决线性规划问题，可以处理有约束和无约束的情况，支持大型问题求解 。
intlinprog
用于解决整数线性规划问题，可以处理整数变量和连续变量的混合问题。
2010暑期数学建模B_Matlab优化工具箱PPT教学课件
因此，上述例题可以简化到一个函数调用命令
fminbnd(‘-(2*sin(x)-x^2/10)’,0,4) 有问题？
[x fval]=fminbnd('-(2*sin(x)-x^2/10)',0,4) 然后再试试
[x fval y z]=fminbnd('-(2*sin(x)-x^2/10)',0,4) 然后再试试
2020/12/09
7
Minimization Functions in the Optimization Toolbox
fgoalattain fminbnd fmincon fminimax fminsearch,
fminunc linprog quadprog
Multiobjective goal attainment 求解多目标达到问题
2020/12/09
10
fmincon函数的应用
函数调用格式
[X Fval] =FMINCON(FUN,X0,A,B,Aeq,Beq,LB,UB,NONLCON) FUN 目标函数表达式；X0初始解（向量）； A为不等式线性约束系数（矩阵），B为不等式线性约束值
（向量）；
Aeq为等式线性约束系数（矩阵），Beq为等式线性约束值 （向量）；
大型优化算法 缺省时，若提供了函数的梯度 信息，并且只有上下界存在或只有线性等式约 束存在，则fmincon函数将选择大型算法。本 法是基于内部映射牛顿法(interior-reflective Newton method)的子空间置信域法(subspace trust-region)。
中型优化算法 fmincon函数使用序列二次规划 法(SQP)。本法中，在每一步迭代中求解二次 规划子问题，并用BFGS法更新拉格朗日 Hessian矩阵。
MATLAB优化工具箱ppt
要点三
问题求解
整数规划问题通常比较复杂，需要利 用专门的整数规划函数进行求解，通 过定义问题的目标函数和约束条件， 选择适合的整数规划函数可以求解不 同场景下的整数规划问题。
05
使用matlab优化工具箱的注意事项
选择合适的求解器
线性规划
使用`linprog`函数求解线性规 划问题，可以选择内置的单纯 形法或者内点法等求解器。
适用场景
适用于制造业、物流业、服务业等 行业的生产计划、调度和资源配置 问题。
投资组合优化问题
总结词
在风险和收益之间寻求平衡，构建最优投资组合，以最大化投资回报并控制风险。
详细描述
通过使用matlab优化工具箱，可以建立投资组合优化模型。首先定义投资组合中的资产及其权重、收益和风险等参数，然 后构建合适的数学模型并使用求解器求解最优解。
专业性强
优化工具箱采用了先进的优化算 法和数学模型，能够针对不同类 型的问题进行优化。
易用性高
使用简单的操作界面，可以方便地 设置和执行优化任务。
常见优化问题的求解方法
非线性规划
用于解决非线性优化问题，如 最优化投资组合、生产成本最 小化等。
整数规划
用于解决决策变量为整数的问 题，如车辆路径问题、排班计 划等。
区别不同模块之间也存在区别，如算法模块中的不同算法 适用于不同的优化问题，使用者需要根据自己的需求选择 合适的算法；而应用模块中不同的应用领域也需要使用者 根据实际情况进行选择和调整。
03
求解优化问题
求解优化问题的基本步骤
确定优化目标和变量
明确优化问题的目标函数和决策变量。
分析结果
根据优化结果，分析目标函数的最优解和 变量的最优值。
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14
3 GUI优化工具
优化工具（optimtool）是2006年9月在MATLAB 7.2版本 优化工具箱3.1版本中推出的，它是执行下列常见优化 任务的图形用户界面。 选择求解器并定义优化问题； 设置和检查优化选项； 运行问题并将结果可视化； 在MATLAB工作空间和优化工具之间导入和导出问题 定义、算法选项和结果； 自动生成M文件代码，以获取工作并自动执行任务； 带有图形选项，用来显示对求解器执行期间进度的预 定义或自定义测量标准。
22
非线性最小二乘优化（lsqnonlin求解器）
启动优化工具： 在Solver下拉选框中选择lsqnonlin； 算法采用L-M算法； 目标函数栏输入@(x)[x^2+x1;2*x^2-3]； 初始点输入5，其余参数默认； 单击Start按钮运行。 运行就可得到极小值和对应的值
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9
1.3 工具箱的结构
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2 工具箱函数
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11
函数输入参数
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12
函数输出参数
Байду номын сангаас
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13
模型输入时需要注意的问题
（1）目标函数最小化 优化函数fminbnd、fminsearch、fminunc、fmincon、 fgoalattain、fminmax和lsqnonlin都要求目标函数最小化。 （2）约束非正 优化工具箱要求非线性不等式约束的形式为Ci(x)≤0， 通过对不等式取负可以达到使大于零的约束形式变为 小于零的不等式约束形式的目的。 （3）避免使用全局变量ce Model.vi”等VI来实现。
2
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本书导读图
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3
本书使用指南
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给读者的建议
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5
本书主要特色
1．内容由浅入深、层次性强 2．紧密围绕MATLAB，系统性强 3．算法程序及实例丰富，实用性强 4．算法编程实现，指导性强 5．语言简洁精炼，可读性强
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线性规划（linprog求解器）
线性规划采用的求解器为linprog，可 用的算法有三种：Large scale（大规 模算法）、Medium scale-simplex （中等规模-单纯形算法）和Medium scale-Active set（中等规模-有效集算 法），当Medium scale-Active set算 法时，还要提供初始点。
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无约束优化（fminunc求解器）
建立目标函数文件FunUnc.m文件： function y = FunUnc(x) y = x^2 + 4*x -6; 然后启动优化工具： 在Solver下拉选框中选择 fminunc； Algorithm下拉选框中选择 Medium scale； 目标函数栏输入@FunUnc； 初始点输入0，其余参数默认； 单击Start按钮运行。
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4 小结
本章全面介绍了优化工具箱函数的功能、语法， 以及GUI优化工具的使用及实例，GUI优化工 具是进行MATLAB最优化计算的最简洁、最容 易掌握的工具，后面的章节还会对常用的工具 箱的函数进行详细讲述，并辅以实例。 通过本章读者不仅对MATLAB优化工具箱函数 的强大功能有一个初步了解，还为后面更具体 的介绍及应用打下基础。
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图5-7 用fminsearch求解非光滑优化问题
21
约束优化（fmincon求解器）
约束优化采用的求解器为fmincon， 可用的算法有三种：Trust region reflective（信赖域反射算法）、 Active set（有效集算法）、 Interior point（内点算法）。
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2．优化选项 GUI优化工具的优化选项包括9大类。 Stopping criteria：停止准则； Function value check：函数值检查； User-supplied derivatives：用户自定 义微分（或梯度）函数； Approximated derivatives：自适应微 分（或梯度）； Algorithm settings：算法设置； Inner iteration stopping criteria：内迭 代停止准则； Plot functions：用户自定义绘图函数； Output functions：用户自定义输出函 数； Display to command window：输出到 命令行窗口。
17
3.3 GUI优化工具使用步骤
GUI优化工具的基本使用步 骤如下。 1、选择求解器solver和优化 算法； 2、选定目标函数； 3、设定目标函数的相关参 数； 4、设置优化选项； 5、单击“Start”按钮，运行 求解； 6、查看求解器的状态和求 解结果； 7、将目标函数、选项和结 果导入/导出。
启动优化工具： 在Solver下拉选框中选择linprog； 算法采用Medium scale-simplex算法； 问题描述组框中的f输入[-4;-1]； 约束组框中的A输入[-1 2;2 3;1 -1]，b 输入[4;12;3]，其余参数默认； 单击Start按钮运行。
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图5-2 优化工具图形界面的菜单启动方式
16
图5-3 优化工具图形界面
3.2 GUI优化工具的界面
GUI优化工具的界面 主要分为三大块： 左边为优化问题的描 述及计算结果显示 （Problem Setup and Results）； 中间为优化选项的设 置（Options）； 右边为帮助（Quick Reference）。 为了界面的简洁，可 以单击右上角的“<<” 按钮将帮助隐藏起来。
M文件：function f=FunCon(x) f=-x(1)*x(2)*x(3);
启动优化工具： 在Solver下拉选框中选择fmincon； Algorithm下拉选框中选择Active set； 目标函数栏输入@FunCon； 初始点输入[10;10;10]； 在约束条件的Linear inequalities输 入框中输入A为[-1 -2 -2;1 2 2]，b 2015-5-14 为 [0;72]，其余参数默认；
图5-5 无约束优化实例
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无约束优化（fminsearch求解器）
启动优化工具： 然后在Solver下拉选框中选择 fminsearch； 目标函数栏输入@(x)abs(x^23*x+2)； 初始点输入-7，其余参数默认； 单击Start按钮运行。 运行就可得到极小值和对应的 值
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3.1 GUI优化工具的启动
启动GUI Optimization tool有 以下两种方法。 （1）在命令行上 输入optimtool； （2）在MATLAB 主界面单击左下角 的“Start”按钮， 然后依次选择 “Toolboxes→Opti mization→Optimiza tion tool(optimtool)。 2015-5-14
《精通MATLAB最优化计算》
清华大学 龚纯
内容简介
本书的主要内容是应用MATLAB来解决最优化问题， 通过将“最优化问题”、“MATLAB优化工具箱”和 “MATLAB编程”这三方面有机结合进行讲述，即一 方面是使用工具箱来快速解决最优化问题，另一方面 是通过算法编程深入解决最优化问题。 本书侧重于最优化算法的MATLAB实现，同时精选了 大量的最优化问题实例，通过实例的求解，生动地教 会读者掌握MATLAB在最优化问题方面的应用。 通过本书，读者不仅能掌握使用MATLAB最优化工具 箱来快速解决实际问题，而且能学会分析优化算法和 采用MATLAB编程解决最优化问题，从而提高分析和 解决问题的能力。 本书可作为信息、数学、经济、金融、管理、运筹、 统计、计算机以及有关理工科专业的本科生、研究生 作为教材、实验或教学参考书，也可供相关工程技术 与管理人员、数学建模爱好者参考。
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3.4 GUI优化工具应用实例
例5-1 例5-2 例5-3 例5-4 例5-5 例5-6
fminunc求解器应用实例。 fminsearch求解器应用实例。 fmincon求解器应用实例。 lsqnonlin求解器应用实例。 linprog求解器应用实例。 ga求解器应用实例。
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第 三讲 MATLAB优化工具箱
1 工具箱概述 1.1 工具箱的功能 1.2 工具箱的新特色 1.3 工具箱的结构 2 工具箱函数 3 GUI优化工具 3.1 GUI优化工具的启动 3.2 GUI优化工具的界面 3.3 GUI优化工具使用步骤 3.4 GUI优化工具应用实例 4 小结
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1.2 工具箱的新特色
MATLAB R2008b提供的优化工具箱是4.1版本，4.1版本较 之以前的3.x版本，主要增加了以下新的特色。 （1）函数fmincon、fminimax和fgoalattain中引入了并行 机制，加快了梯度的计算速度； （2）函数gatool和psearchtool 整合到优化工具箱GUI中； （3）函数fmincon的求解器中新增内点算法； （4）提供了KNITRO优化库的接口； （5）函数lsqcurvefit、lsqnonlin和fsolve的优化选项参数 PrecondBandWidth默认值由0变为inf； （6）优化选项参数TolConSQP的默认值修改为1e–6； （7）输出结构中引入了参数constrviolation。