第14章 Matlab非线性优化问题
matlab解决非线性规划问题（凸优化问题）
matlab解决⾮线性规划问题（凸优化问题）当⽬标函数含有⾮线性函数或者含有⾮线性约束的时候该规划问题变为⾮线性规划问题，⾮线性规划问题的最优解不⼀定在定义域的边界，可能在定义域内部，这点与线性规划不同；例如：编写⽬标函数，定义放在⼀个m⽂件中；编写⾮线性约束条件函数矩阵，放在另⼀个m⽂件中；function f = optf(x);f = sum(x.^2)+8;function [g, h] = limf(x);g = [-x(1)^2+x(2)-x(3)^2x(1)+x(2)^2+x(3)^3-20]; %⾮线性不等式约束h = [-x(1)-x(2)^2+2x(2)+2*x(3)^2-3]; %⾮线性等式约束options = optimset('largescale','off');[x y] = fmincon('optf',rand(3,1),[],[],[],[],zeros(3,1),[],...'limf',options)输出为：最速下降法（求最⼩值）：代码如下：function [f df] = detaf(x);f = x(1)^2+25*x(2)^2;df = [2*x(1)50*x(2)];clc,clear;x = [2;2];[f0 g] = detaf(x);while norm(g)>1e-6 %收敛条件为⼀阶导数趋近于0p = -g/norm(g);t = 1.0; %设置初始步长为1个单位f = detaf(x+t*p);while f>f0t = t/2;f = detaf(x+t*p);end %这⼀步很重要，为了保证最后收敛，保持f序列为⼀个单调递减的序列，否则很有可能在极值点两端来回震荡，最后⽆法收敛到最优值。
x = x+t*p;[f0,g] = detaf(x);endx,f0所得到的最优值为近似解。
MATLAB优化应用非线性规划
MATLAB优化应用非线性规划非线性规划是一类数学优化问题，其中目标函数和约束条件都是非线性的。
MATLAB作为一种强大的数值计算软件，提供了丰富的工具和函数，可以用于解决非线性规划问题。
本文将介绍如何使用MATLAB进行非线性规划的优化应用，并提供一个具体的案例来演示。
一、MATLAB中的非线性规划函数MATLAB提供了几个用于解决非线性规划问题的函数，其中最常用的是fmincon函数。
fmincon函数可以用于求解具有等式约束和不等式约束的非线性规划问题。
其基本语法如下：x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options)其中，fun是目标函数，x0是变量的初始值，A和b是不等式约束的系数矩阵和右端向量，Aeq和beq是等式约束的系数矩阵和右端向量，lb和ub是变量的上下界，nonlcon是非线性约束函数，options是优化选项。
二、非线性规划的优化应用案例假设我们有一个工厂，需要生产两种产品A和B，目标是最大化利润。
产品A 和B的生产成本分别为c1和c2，售价分别为p1和p2。
同时，我们需要考虑两种资源的限制，分别是资源1和资源2。
资源1在生产产品A和B时的消耗分别为a11和a12，资源2的消耗分别为a21和a22。
此外，产品A和B的生产量有上下限限制。
我们可以建立以下数学模型来描述这个问题：目标函数：maximize profit = p1 * x1 + p2 * x2约束条件：c1 * x1 + c2 * x2 <= budgeta11 * x1 + a12 * x2 <= resource1a21 * x1 + a22 * x2 <= resource2x1 >= min_production_Ax2 >= min_production_Bx1 <= max_production_Ax2 <= max_production_B其中，x1和x2分别表示产品A和B的生产量，budget是预算，min_production_A和min_production_B是产品A和B的最小生产量，max_production_A和max_production_B是产品A和B的最大生产量。
MATLAB优化工具箱线性规划非线性规划
程序运行结果
输出： Optimization terminated successfully. optx =
25.0000 10.0000 funvalue = -190.0000 exitflag =
1
10
解释得出实际问题的解 当分别种植A、B两种作物为25亩、10亩时，预计共获得利润190（百元）。
< 0 该线性规划问题不可行或者linprog计算失败
8
例题的求解程序
模型： max 6x1+4x2 s.t. 2x1+5x2 ≤100
4x1+2x2 ≤120
Matlab求解程序：
A=[2 5;4 2]; b=[100 120]; f=-[6 4]; [optx ,funvalue,exitflag]=linprog(f,A,b,[],[],[0 0],[inf,inf])
14
fmincon示例
min
2 x12
3
x
2 2
4
x
2 3
x1 x2 x3 1000
s.t. x12
x
2 2
2x3
900
x
i
0i
1,2,3
求解步骤： ▪ （1）编写目标函数文件（这里文件名用myobjfun2.m） ▪ （2）编写约束条件函数文件（mymodelcons.m） ▪ （3）编写调用fmincon主程序（mymain2.m）
3
100
2
120
4
2
例题建模
典型的优化问题 三大要素：
▪ 目标：种植A，B两种作物获得最大利润 ▪ 决策：安排种植A，B两种作物各所少亩 ▪ 约束：肥料限制；种植土地面积限制 建立模型
Matlab中的非线性优化算法技巧
Matlab中的非线性优化算法技巧在数学和工程领域中，非线性优化是一个非常重要的问题。
它涉及到求解一个具有非线性约束条件的最优化问题。
Matlab作为一种强大的数值计算工具，为我们提供了多种非线性优化算法。
本文将探讨一些在Matlab中使用非线性优化算法时的一些技巧和经验。
首先，我们来了解一下什么是非线性优化。
简单来说，非线性优化是指在给定一组约束条件下，寻找使得目标函数达到最小或最大值的变量取值。
与线性优化问题不同，非线性优化问题中的目标函数和约束条件可以是非线性的。
这使得问题的求解变得更加复杂和困难。
在Matlab中，有多种非线性优化算法可供选择。
其中最常用的算法是Levenberg-Marquardt算法和拟牛顿算法。
Levenberg-Marquardt算法是一种迭代算法，通过不断近似目标函数的线性化形式来求解。
它在处理高度非线性的问题时表现出色。
拟牛顿算法则是一种基于梯度的优化算法，通过估计Hessian矩阵的逆来进行迭代优化。
它在处理大规模问题时效果比较好。
在使用这些算法时，我们需要注意一些技巧和经验。
首先，选择合适的初始点非常重要。
初始点的选取直接影响了算法的收敛性和求解效率。
通常情况下，我们可以通过采用随机化初始点的方法来增加算法的稳定性和鲁棒性。
其次，我们需要注意选择合适的迭代终止条件。
防止算法陷入无限循环是非常重要的。
通常我们可以根据目标函数值的变化幅度或者梯度的大小来判断算法是否收敛。
此外，合理设置迭代步长和学习率也是非常重要的。
过大的学习率可能导致算法发散，而过小的学习率可能导致收敛速度过慢。
此外，Matlab中还提供了一些辅助函数来帮助我们使用非线性优化算法。
其中最常用的是fmincon函数，它可以求解带约束条件的非线性优化问题。
我们可以通过设置输入参数来指定目标函数、约束条件、算法类型等。
此外，Matlab还提供了一些可视化函数，如plot函数和contour函数，可以方便我们观察目标函数的形状和初始点的选择。
最新matlab求解非线性优化问题
X = 0.5000 0.5000 fval =0.5000
非线性无约束优化问题
fminunc
使用格式与fminsearch类似： [x,fval]= fminunc(@f,x0)
其中f为待求最值的向量函数，x0为搜索过程开始时自 变量的初始值。
例：fminunc(@f,[1,2])含义为：从点[1,2]开始搜寻函 数f的最小值。
二次规划问题
Matlab默认的二次规划
min
f (x)
1 xT Hx cT x, 2
s.t. A x b,
Aeq x beq, lb x ub.
用MATLAB软件求解,其输入格式如下:
[x,fval]=quadprog(H,c,A,b);
[x,fval]=quadprog(H,c,A,b,Aeq,beq);
[x,fval]=quadprog(H,c,A,b,Aeq,beq,LB,UB); [x,fval]=quadprog(H,c,A,b,Aeq,beq,LB,UB,X0);
3. 运算结果为： x = -1.2247 1.2247 fval = 1.8951
11
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二次规划问题
例 minf(x1,x2)2x1 6x2 x12 2x1x2 2x22 s.t x1 x2 2 x1 2x2 2 x1 0,x2 0
① 写成标准形式：
m z i1 2 n (x 1 ,x 2 ) 2 2 4 2 x x 1 2 6 2 T x x 1 2
function [c,ceq]=mycon(x) c=[ 1.5+x(1)*x(2)-x(1)-x(2);-x(1)*x(2)-10]; ceq=[];
MATLAB中的非线性优化算法详解
MATLAB中的非线性优化算法详解在计算机科学和工程领域，非线性优化是一个非常重要的问题。
它涉及到在给定一些约束条件下，寻找使得目标函数取得最优值的变量取值。
MATLAB作为一种强大的数值计算工具，提供了多种非线性优化算法来解决这个问题。
本文将详细介绍一些常用的非线性优化算法，并探讨它们的特点和适用场景。
1. 数学背景在介绍非线性优化算法之前，我们先来了解一下非线性优化的基本数学背景。
一个非线性优化问题可以表示为以下形式：minimize f(x)subject to g(x) ≤ 0h(x) = 0其中，f(x)是目标函数，g(x)是不等式约束条件，h(x)是等式约束条件。
x是优化变量。
目标是找到x使得f(x)取得最小值，并且满足约束条件。
2. 黄金分割法黄金分割法是一种经典的非线性优化算法。
它基于一个简单的原则：将搜索区间按照黄金分割比例分为两段，并选择一个更优的区间进行下一次迭代。
该算法的思想简单明了，但是它的收敛速度比较慢，特别是对于高维问题。
因此，该算法在实际应用中较少使用。
3. 拟牛顿法拟牛顿法是一类比较常用的非线性优化算法。
它通过近似目标函数的梯度信息来进行迭代优化。
拟牛顿法的核心思想是构造一个Hessian矩阵的近似矩阵，来更新搜索方向和步长。
其中，DFP算法和BFGS算法是拟牛顿法的两种典型实现。
DFP算法是由Davidon、Fletcher和Powell于1959年提出的，它通过不断迭代来逼近最优解。
该算法的优点是收敛性比较好，但是它需要存储中间结果，占用了较多的内存。
BFGS算法是由Broyden、Fletcher、Goldfarb和Shanno于1970年提出的。
它是一种变种的拟牛顿法，通过逼近Hessian矩阵的逆矩阵来求解最优解。
BFGS算法在存储方面比DFP算法更加高效，但是它的计算复杂度相对较高。
4. 信赖域法信赖域法是一种迭代优化算法，用于解决非线性优化问题。
它将非线性优化问题转化为一个二次规划问题，并通过求解这个二次规划问题来逼近最优解。
Matlab中的非线性优化和非线性方程求解技巧
Matlab中的非线性优化和非线性方程求解技巧在科学和工程领域中，我们经常会遇到一些复杂的非线性问题，例如最优化问题和方程求解问题。
解决这些问题的方法主要分为线性和非线性等，其中非线性问题是相对复杂的。
作为一种强大的数值计算工具，Matlab提供了许多专门用于解决非线性优化和非线性方程求解的函数和方法。
本文将介绍一些常用的Matlab中的非线性优化和非线性方程求解技巧。
非线性优化是指在给定一些约束条件下，寻找目标函数的最优解的问题。
在实际应用中，往往需要根据实际情况给出一些约束条件，如等式约束和不等式约束。
Matlab中的fmincon函数可以用于求解具有约束条件的非线性优化问题。
其基本语法如下：[x,fval] = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub)其中，fun是目标函数，x0是初始值，A、b是不等式约束矩阵和向量，Aeq、beq是等式约束矩阵和向量，lb、ub是变量的上下边界。
x表示最优解，而fval表示最优解对应的目标函数值。
另外，非线性方程求解是指寻找使得方程等式成立的变量值的问题。
Matlab中提供的fsolve函数可以用于求解非线性方程。
其基本语法如下：x = fsolve(fun,x0)其中，fun是方程函数，x0是初始值，x表示方程的解。
除了fmincon和fsolve函数之外，Matlab还提供了一些其他的非线性优化和非线性方程求解函数，例如lsqnonlin、fminunc等，这些函数分别适用于无约束非线性优化问题和带约束非线性方程求解问题。
除了直接调用这些函数外，Matlab还提供了一些可视化工具和辅助函数来帮助我们更好地理解和解决非线性问题。
例如，使用Matlab的优化工具箱可以实现对非线性优化问题的求解过程可视化，从而更直观地观察到优化算法的收敛过程。
此外，Matlab还提供了一些用于计算梯度、雅可比矩阵和海塞矩阵的函数，这些函数在求解非线性问题时非常有用。
Matlab中的非线性优化与全局优化
Matlab中的非线性优化与全局优化引言在科学与工程领域中，我们经常需要寻找某个问题的最优解。
其中，非线性优化和全局优化是两个常见的优化问题。
Matlab作为一种强大的数值计算工具，提供了丰富的优化函数，能够帮助我们有效地解决这些问题。
本文将介绍Matlab中的非线性优化和全局优化的基本概念、常用方法以及应用实例。
一、非线性优化非线性优化是指优化问题中目标函数和约束条件存在非线性关系的情况。
在Matlab中，可以使用fmincon函数来求解非线性优化问题。
此函数采用基于梯度的优化算法，如信赖域方法、内点方法等。
1.1 目标函数和约束条件在非线性优化中，我们需要定义一个目标函数和一组约束条件。
目标函数是我们要最小化（或最大化）的函数，通常是一个关于自变量的非线性函数。
约束条件是一组等式或不等式，限制了自变量的取值范围。
1.2 优化方法在使用fmincon函数时，我们需要提供目标函数、初始点、约束条件等参数。
其中，目标函数可以是Matlab中已有的函数，也可以是用户自定义的函数。
初始点表示优化算法的起始点，通常可以通过试探法来选择。
约束条件可以是等式约束或不等式约束。
根据约束条件的类型，我们可以选择使用不同的优化算法。
1.3 实例分析为了更好地理解非线性优化的应用，我们以经典的罗森布洛克函数为例。
罗森布洛克函数是一个多峰函数，在全局优化中经常被用来检验算法的性能。
我们可以使用Matlab中的fmincon函数对该函数进行最小化。
首先，我们定义罗森布洛克函数的目标函数和约束条件：```matlabfunction [f, c] = rosenbrock(x)f = 100 * (x(2) - x(1)^2)^2 + (1 - x(1))^2;c = x(1) + x(2) - 3;end```然后，我们使用fmincon函数来计算罗森布洛克函数的最小值：```matlabx0 = [0; 0]; % 初始点A = []; b = []; % 不等式约束Aeq = []; beq = []; % 等式约束lb = []; ub = []; % 变量上下界nonlcon = @rosenbrock; % 目标函数和约束条件options = optimoptions('fmincon', 'Algorithm', 'sqp');[x, fval] = fmincon(@(x) x(1)*x(2), x0, A, b, Aeq, beq, lb, ub, nonlcon, options);disp(['最小值：', num2str(fval)]);disp(['解：', num2str(x)]);```以上代码中，我们定义了初始点x0和约束条件，然后使用fmincon函数计算最小值。
用MATLAB求解非线性优化问题
实验四 用MATLAB 求解非线性优化问题一、实验目的：了解Matlab 的优化工具箱，利用Matlab 求解非线性优化问题。
二、相关知识非线性优化包括相当丰富的内容，我们这里就Matlab 提供的一些函数来介绍相关函数的用法及其所能解决的问题。
（一）非线性一元函数的最小值Matlab 命令为fminbnd()，其使用格式为： X=fminbnd(fun,x1,x2)[X,fval,exitflag,output]= fminbnd(fun,x1,x2)其中：fun 为目标函数，x1，x2为变量得边界约束，即x1≤x ≤x2，X 为返回得满足fun 取得最小值的x 的值，而fval 则为此时的目标函数值。
exitflag>0表示计算收敛，exitflag=0表示超过了最大的迭代次数，exitflag<0表示计算不收敛，返回值output 有3个分量，其中iterations 是优化过程中迭代次数，funcCount 是代入函数值的次数，algorithm 是优化所采用的算法。
例1：求函数25321()sin()x x x x f x e x ++-=+-在区间[2,2]-的最小值和相应的x 值。
解决此问题的Matlab 程序为： clearfun='(x^5+x^3+x^2-1)/(exp(x^2)+sin(-x))' ezplot(fun,[-2,2])[X,fval,exitflag,output]= fminbnd(fun,-2,2) 结果为：X = 0.2176 fval =-1.1312 exitflag = 1output = iterations: 13 funcCount: 13algorithm: 'golden section search, parabolic interpolation' （二）无约束非线性多元变量的优化这里我们介绍两个命令：fminsearch()和fminunc()，前者适合处理阶次低但是间断点多的函数，后者则对于高阶连续的函数比较有效。
如何使用MATLAB进行非线性优化
如何使用MATLAB进行非线性优化简介：非线性优化是在给定约束条件下求解最优解的一种数学方法。
MATLAB是一款功能强大的科学计算软件，它提供了多种非线性优化算法，方便用户进行优化问题的求解。
本文将介绍如何使用MATLAB进行非线性优化。
一、准备工作在使用MATLAB进行非线性优化之前，我们需要安装MATLAB软件并了解一些基本的概念与术语。
1. 安装MATLAB访问MathWorks官方网站，下载并安装合适版本的MATLAB软件。
2. 了解基本概念在进行非线性优化前，我们需要了解一些基本概念，如优化问题、目标函数、约束条件等。
二、MATLAB中的非线性优化工具箱MATLAB中提供了多种非线性优化工具箱，包括优化工具箱、全局优化工具箱和混合整数优化工具箱。
根据具体问题的特点选择适合的工具箱进行优化。
1. 优化工具箱优化工具箱包含了用于求解非线性优化问题的函数和算法，如fminunc、lsqnonlin等。
其中，fminunc函数用于无约束非线性优化问题的求解，lsqnonlin函数用于带约束的非线性最小二乘问题的求解。
2. 全局优化工具箱全局优化工具箱适用于求解全局最优解的问题，其中常用的函数有ga、patternsearch等。
这些算法能在大范围搜索解空间，以克服局部最优解的问题。
3. 混合整数优化工具箱混合整数优化工具箱主要用于带有整数变量的优化问题，适用于求解组合优化问题、调度问题等。
三、使用MATLAB进行非线性优化的步骤下面将以一个实例来讲解使用MATLAB进行非线性优化的步骤。
实例：假设我们要通过非线性优化来求解一个函数的最小值，目标函数为f(x)=x^2+2x-3，其中x为实数。
1. 定义目标函数在MATLAB中，我们可以通过定义一个.m文件来表示目标函数。
例如，我们可以创建一个名为objFunc.m的文件，其中写入以下代码：function y = objFunc(x)y = x^2 + 2*x - 3;2. 设置初始点在进行非线性优化之前，我们需要设置一个初始点，作为优化算法的起始点。
在Matlab中如何进行非线性优化
在Matlab中如何进行非线性优化非线性优化是数学中一个重要的领域，涉及到寻找使得目标函数取得最大或最小值的变量值的问题。
而Matlab作为一种强大的数学计算工具，提供了多种方法和工具来进行非线性优化任务的求解。
本文将介绍在Matlab中进行非线性优化的基本概念和常用方法，并通过实例演示其使用方法。
1. 优化问题的建模在进行非线性优化之前，首先需要将具体的优化问题转化为一个数学模型。
优化问题通常可以用以下公式表示：min f(x)s.t. g(x) <= 0h(x) = 0其中，f(x)是目标函数，表示要求解的问题的性能指标；g(x)和h(x)分别是不等式约束和等式约束函数。
x是一组待优化变量，通常是一个向量。
2. Matlab中的优化工具箱Matlab提供了专门的优化工具箱，其中包含了许多用于求解优化问题的函数和算法。
在使用这些工具之前，需要首先加载优化工具箱。
可以通过以下命令来实现：>> addpath('optim')接下来，我们将介绍一些常用的优化求解函数。
3. 无约束优化无约束优化是最简单的一种优化问题，即目标函数没有任何约束条件。
在Matlab中，可以使用fminunc函数求解无约束优化问题。
下面给出一个例子：>> fun = @(x) x(1)^2 + x(2)^2; % 目标函数是x1^2 + x2^2>> x0 = [0, 0]; % 初始点(x1=0, x2=0)>> [x, fval] = fminunc(fun, x0) % 求解优化问题在上述例子中，fun是目标函数的句柄，x0是初始点。
fminunc函数返回的x是优化问题的最优解，fval是目标函数在最优解处的取值。
4. 约束优化当优化问题存在约束条件时，可以使用fmincon函数进行求解。
fmincon函数需要提供目标函数、约束函数以及变量取值的上下界。
matlab求解非线性优化问题
x1 2x2 2
x1 0, x2 0
① 写成标准形式：
min
z
1 2
( x1,
x2
)
2 2
2 4
பைடு நூலகம்
x1 x2
2 6
T
x1 x2
1
s.t
1
1
2
x1 x2
2 2
0 0
x1 x2
6
二次规划问题
② 输入命令：
H=[2 -2; -2 4]; c=[-2 ;-6]; A=[1 1; -1 2]; b=[2;2]; Aeq=[];beq=[]; VLB=[0;0];VUB=[]; [x,z]=quadprog(H,c,A,b,Aeq,beq,VLB,VUB) ③ 运算结果为：
X = 0.5000 0.5000 fval =0.5000
非线性无约束优化问题
fminunc
使用格式与fminsearch类似： [x,fval]= fminunc(@f,x0)
其中f为待求最值的向量函数，x0为搜索过程开始时自 变量的初始值。
例：fminunc(@f,[1,2])含义为：从点[1,2]开始搜寻函 数f的最小值。
10
3) 主程序youh.m为: x0=[-1;1]; A=[];b=[]; Aeq=[1 1];beq=[0]; vlb=[];vub=[]; [x,fval]=fmincon('fun3',x0,A,b,Aeq,beq,vlb,vub,'mycon')
3. 运算结果为： x = -1.2247 1.2247 fval = 1.8951
非线性优化问题的求法
多元函数极值的求法 多元函数的无约束最小值问题，在Matlab中有2
MATLAB非线性优化fmincon
精心整理active-set and sqp algorithms不接受用户提供的海塞矩阵，对拉格朗日的海塞矩阵提供一个拟牛顿的近似值；目标函数估值次数与迭代次数？优化成功或失败1、（1数（（2如果就会导致无限次徒劳的迭代。
DiffMaxChange和DiffMinChange选项能影响求解器的改善，它们控制求导估计中有限差分的步长。
（3）从不同的初始点重新开始求解（4）检查目标函数和约束函数的定义举个例子，可以检查目标函数和非线性约束函数在某些特定点处返回正确的值。
不可行的点不一定导致函数的错误。
（5）对问题进行中心化和标准化当每个坐标轴对目标函数和约束函数有相同的影响时，求解器更能可靠的运行，对每个坐标轴方向乘以合适的量使得每个坐标轴的影响相同，在特定的坐标轴（6（72在可（1通过求解一个线性规划问题来找到一个满足界约束和线性约束的点。
i)定义一个目标函数是常值0的线性规划问题f=zeros(size(x0));%assumesx0istheinitialpointii)求解这个线性规划问题看是否有一个可行点xnew=linprog(f,A,b,Aeq,beq,lb,ub);iii)如果有可行点xnew，用xnew作为初始点去求解原始问题iv)如果没有可行点，那说明原始模型建的不好，检查界约束和线性约束。
（2）检查非线性约束在保证界约束和线性约束是可行的之后，检查非线性约束：i)设置目标函数为0，然后求解优化问题，如果能找到一个可行点xnew，令ii)a.足。
b.3（1）原问题可能确实无界，即存在一系列满足问题约束的点xi，使得limf(xi)=–∞。
（2）检查原问题建模正确，求解器是最小化目标函数，如果想得到最大化，将目标函数乘以-1.（3）试着标准化或中心化原问题。
（4）放松目标函数界精度，用optimset减少ObjectiveLimit设定的精度值。
二、求解可能成功1、最后的点等于初始点初始点可能是局部极小点，因为它的一阶导数接近0，如果并不确定初始点确实是一个局部极小点，尝试下边的步骤：（1（2（3（4（52），（1如那么‘（2在最后得到的点处开始重新优化会得到一个在一阶导数估量上更好的点，更好的一阶导数估量能让人相信结果是可靠的。
Matlab的fmincon函数(非线性等式不等式约束优化问题求解)
fmincon函数优化问题fmincon解决的优化模型如下：min F(X)subject to: A*X <= B (线性不等式约束)Aeq*X = Beq (线性等式约束)C(X) <= 0 (非线性不等式约束)Ceq(X) = 0 (非线性等式约束)LB <= X <= UB （参数x的取值范围）x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options)fmincon是求解目标fun最小值的内部函数x0是初值A b线性不等式约束Aeq beq线性等式约束lb下边界ub上边界nonlcon非线性约束条件options其他参数，对初学者没有必须，直接使用默认的即可优化工具箱提供fmincon函数用于对有约束优化问题进行求解，其语法格式如下：x=fmincon(fun,x0,A,b)x=fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq)x=fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub)x=fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon)x=fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options)x=fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options,P1,P2,...) [x,fval]=fmincon(...)[x,fval,exitflag]=fmincon(...)[x,fval,exitflag,output]=fmincon(...)其中，x,b,beq,lb,和ub为线性不等式约束的下、上界向量，A和Aeq为线性不等式约束和等式约束的系数矩阵矩阵，fun为目标函数，nonlcon为非线性约束函数。
显然，其调用语法中有很多和无约束函数fminunc的格式是一样的，其意义也相同，在此不在重复介绍。
使用Matlab进行非线性优化问题求解的技巧
使用Matlab进行非线性优化问题求解的技巧介绍：非线性优化在工程、金融、科学等领域广泛应用，它涉及到求解一个目标函数的最小值或最大值，并且满足一系列约束条件。
Matlab是一个功能强大的数值计算软件，提供了许多用于求解非线性优化问题的工具和函数。
本文将介绍一些使用Matlab进行非线性优化问题求解的技巧，帮助读者更有效地应用这些工具。
一、定义目标函数和约束条件在使用Matlab求解非线性优化问题之前，首先要明确问题的数学模型。
假设我们要最小化一个目标函数F(x)，并且存在一系列约束条件g(x) <= 0和h(x) = 0。
在Matlab中，可以使用函数形式或者符号形式来定义目标函数和约束条件。
例如，使用函数形式可以这样定义目标函数和约束条件：```matlabfunction f = objective(x)f = x(1)^2 + x(2)^2;endfunction [c, ceq] = constraints(x)c = [x(1) + x(2) - 1; x(1)^2 + x(2)^2 - 2];ceq = [];end```其中，objective函数定义了目标函数，constraints函数定义了约束条件。
在constraints函数中，c表示不等式约束条件g(x) <= 0，ceq表示等式约束条件h(x) = 0。
二、使用fmincon函数求解非线性优化问题Matlab提供了fmincon函数来求解非线性优化问题。
该函数的基本语法如下：```matlab[x, fval] = fmincon(fun, x0, A, b, Aeq, beq, lb, ub, nonlcon, options)```其中，fun表示目标函数，x0表示初始解，A表示不等式约束条件的线性部分，b表示不等式约束条件的右侧常数，Aeq表示等式约束条件的线性部分，beq表示等式约束条件的右侧常数，lb表示变量的下界，ub表示变量的上界，nonlcon表示非线性约束条件，options表示优化选项。
用MATLAB优化工具包解非线性规划
用MATLAB优化工具包解非线性规划2.8 用MATLAB优化工具包解非线性规划用MATLAB优化工具包求解非线性规划时必须先化为如下形式：(NLP)求解程序名为fmincon，其最简单的调用格式为：x = fmincon('fun',x0,A1,b1) （用于不含有等式约束和上下解约束的问题）其最复杂的调用格式为：[x,fval,exitflag,output,lambda,grad,hessian] =fmincon('fun',x0,A1,b1,A2,b2,v1,v2,'nlcon',options,P1,P2, ...)2.8.1 程序fmincon输出变量其中输出变量的含义为：1）x ：最优解2）fval ：最优解处的函数值3）exitflag ：程序结束时的状态指示：>0：收敛0：函数调用次数或迭代次数达到最大值（该值在options中指定）<0：不收敛4) Output: 包含以下数据的一个结构变量funcCount 函数调用次数iterations 实际迭代次数cgiterations 实际PCG迭代次数（大规模计算用）algorithm 实际使用的算法stepsize 最后迭代步长（中等规模计算用）firstorderopt 一阶最优条件满足的情况（目标函数梯度的范数）5) lambda: 包含以下数据（LAGRANGE乘子）的一个结构变量,总维数等于约束条件的个数，其非零分量对应于起作用的约束条件：ineqlin 不等式约束的LAGRANGE乘子eqlin 等式约束的LAGRANGE乘子upper 上界约束的LAGRANGE乘子lower 下界约束的LAGRANGE乘子6) grad: 目标函数梯度7) hessian: 目标函数的hessian矩阵2.8.2 程序fmincon输入参数其中输入变量的含义为：x0为初始解（缺省时程序自动取x0=0）A1,b1,A2,b2,v1,v2：含义见模型（NLP）Fun.m给出目标函数，当GradObj='on'时必须给出其梯度，当Hessian='on'时还必须给出其Jacobi矩阵，一般形式为function [f,g,H] = fun(x)f = ... % objective function valueif nargout > 1g = ... % gradient of the functionif nargout > 2H = ... % Hessian of the functionendnlcon.m给出非线性约束,GradConstr='on'时还给出梯度,一般形式为function [c1,c2,GC1,GC2] = nlcon(x)c1 = ... % nonlinear inequalities at xc2 = ... % nonlinear equalities at xif nargout > 2GC1 = ... % gradients of c1GC2 = ... % gradients of c2endoptions：包含算法控制参数的结构设定（或显示）控制参数的命令为Optimset，有以下一些用法：Optimset //显示控制参数optimset optfun //显示程序'optfun'的控制参数opt=optimset //控制参数设为[]（即缺省值opt=optimset(optfun)// 设定为程序'optfun'的控制参数缺省值Opt=optimset('par1',val1,'par2',val2,...)Opt=optimset(oldopts,'par1',val1,...)opt=optimset(oldopts,newopts)可以设定的参数比较多，对fmincon，常用的有以下一些参数：Diagnostics 是否显示诊断信息（'on' 或'off'）Display 显示信息的级别（'off' ，'iter' ，'final'，'notify'）LargeScale 是否采用大规模算法（'on' 或'off'）MaxIter 最大迭代次数TolCon 约束的误差限TolFun 函数计算的误差限TolX 决策变量的误差限GradObj 目标函数是否采用分析梯度（'on' ，'off'）Jacobian 目标函数是否采用分析Jacob矩阵（'on' ，'off'）MaxFunEvals 目标函数最大调用次数GradConstr 非线性约束函数是否采用分析梯度（'on' ，'off'）2.8.3 注意事项fmincon中输出变量、输入参数不一定写全，可以缺省。
MATLAB中的非线性优化算法实现
MATLAB中的非线性优化算法实现1. 引言在工程和科学领域，我们经常会遇到需要优化某个目标函数的问题。
优化是指在给定的约束条件下，找到能够使目标函数取得最大或最小值的变量值。
而非线性优化则是指目标函数和约束条件都不是线性的情况下的优化问题。
在MATLAB中，有多种非线性优化算法可供选择。
本文将介绍几种常用的非线性优化算法以及它们在MATLAB中的实现。
2. 一维优化算法在讨论多维优化算法之前，我们先介绍一维优化算法。
一维优化算法主要用于解决单变量目标函数的极值问题。
MATLAB中常用的一维优化算法有黄金分割法、抛物线插值法和斐波那契法。
这些算法都是通过不断迭代来逼近最优解的。
3. 无约束多维优化算法对于没有约束条件的多维优化问题，MATLAB提供了几种有效的算法，如共轭梯度法、拟牛顿法和模拟退火算法等。
这些算法在不同的问题中都有着各自的优势。
共轭梯度法适用于求解大规模无约束问题，而拟牛顿法则对于Hessian矩阵难以计算的问题更为适用。
模拟退火算法则常用于全局优化问题，可以避免陷入局部最优解。
4. 有约束多维优化算法在实际问题中，往往会伴随着各种约束条件。
MATLAB提供了多种算法来解决有约束的多维优化问题，如线性规划法、SQP方法和遗传算法等。
线性规划法适用于目标函数和约束条件都是线性的情况。
SQP方法则通过近似二次规划的方式来求解非线性约束问题。
遗传算法是一种启发式算法，适用于复杂的非线性优化问题，并能够在全局范围内搜索最优解。
5. 优化算法性能比较不同的优化算法在不同的问题中表现出不同的性能。
为了评估各个算法的优劣，可以使用一些性能指标进行比较，如收敛速度、收敛精度、计算复杂度等。
通过对比实验，可以选择最适合特定问题的算法，并进行参数调优以获得更好的结果。
6. MATLAB中的优化工具箱MATLAB提供了强大的优化工具箱，其中包含了大量的优化函数和算法。
通过使用这些函数和算法，我们可以方便地进行各种优化问题的求解。
MATLAB非线性优化fmincon
精心整理active-set and sqp algorithms不接受用户提供的海塞矩阵，对拉格朗日的海塞矩阵提供一个拟牛顿的近似值；目标函数估值次数与迭代次数？优化成功或失败1、（1数（（2如果这就会导致无限次徒劳的迭代。
DiffMaxChange和DiffMinChange选项能影响求解器的改善，它们控制求导估计中有限差分的步长。
（3）从不同的初始点重新开始求解（4）检查目标函数和约束函数的定义举个例子，可以检查目标函数和非线性约束函数在某些特定点处返回正确的值。
不可行的点不一定导致函数的错误。
（5）对问题进行中心化和标准化当每个坐标轴对目标函数和约束函数有相同的影响时，求解器更能可靠的运行，对每个坐标轴方向乘以合适的量使得每个坐标轴的影响相同，在特定的坐标轴（6（72在（1通过求解一个线性规划问题来找到一个满足界约束和线性约束的点。
i)定义一个目标函数是常值0的线性规划问题f=zeros(size(x0));%assumesx0istheinitialpointii)求解这个线性规划问题看是否有一个可行点xnew=linprog(f,A,b,Aeq,beq,lb,ub);iii)如果有可行点xnew，用xnew作为初始点去求解原始问题iv)如果没有可行点，那说明原始模型建的不好，检查界约束和线性约束。
（2）检查非线性约束在保证界约束和线性约束是可行的之后，检查非线性约束：i)设置目标函数为0，然后求解优化问题，如果能找到一个可行点xnew，令ii)a.足。
b.3（1）原问题可能确实无界，即存在一系列满足问题约束的点xi，使得limf(xi)=–∞。
（2）检查原问题建模正确，求解器是最小化目标函数，如果想得到最大化，将目标函数乘以-1.（3）试着标准化或中心化原问题。
（4）放松目标函数界精度，用optimset减少ObjectiveLimit设定的精度值。
二、求解可能成功1、最后的点等于初始点初始点可能是局部极小点，因为它的一阶导数接近0，如果并不确定初始点确实是一个局部极小点，尝试下边的步骤：（1（2（3（4（52，（1如那么‘（2在最后得到的点处开始重新优化会得到一个在一阶导数估量上更好的点，更好的一阶导数估量能让人相信结果是可靠的。
MATLAB中的非线性优化算法
MATLAB中的非线性优化算法引言：MATLAB是一种著名的科学计算软件，拥有丰富的工具箱和算法，可用于各种数学和工程应用。
其中，非线性优化算法是MATLAB中一个重要的应用领域。
非线性优化问题在实际应用中广泛存在，例如机器学习、金融建模和工程优化等。
在这篇文章中，我将介绍MATLAB中的一些常用的非线性优化算法及其应用。
一、非线性优化问题非线性优化问题是指目标函数和约束条件均为非线性的优化问题。
目标函数可以是最大化或最小化的某一指标，约束条件则是对变量的限制条件。
非线性优化问题在实际应用中非常普遍，例如用于优化机器学习模型的参数、金融投资组合优化和工程设计等。
在MATLAB中，有多种算法可供选择来解决这些问题。
二、MATLAB中的非线性优化算法1. fmincon函数fmincon函数是MATLAB中一种通用的非线性约束优化算法。
它可以处理有等式约束、不等式约束以及无约束的优化问题。
该函数基于内点法和序列二次规划算法，通过迭代优化目标函数来求解最优解。
在使用fmincon函数时，需要提供目标函数、约束函数和初始解等输入。
2. fminunc函数fminunc函数是MATLAB中用于无约束非线性优化的算法。
它采用拟牛顿方法的变体，通过估计目标函数的二阶导数信息来迭代优化。
与fmincon函数不同的是，fminunc函数只适用于无约束问题，在处理有约束问题时需要先转化为无约束问题。
使用fminunc函数时，需要提供目标函数和初始解等输入。
3. lsqnonlin函数lsqnonlin函数是MATLAB中用于无约束非线性最小二乘问题的算法。
最小二乘问题是指寻找最小化残差的参数。
该函数通过非线性最小二乘法迭代地优化目标函数，求解最优的参数估计。
在使用lsqnonlin函数时，需要提供目标函数和初始解等输入。
三、非线性优化算法的应用1. 机器学习中的参数优化机器学习算法中的模型参数优化是一个典型的非线性优化问题。
如何使用Matlab进行非线性优化问题求解
如何使用Matlab进行非线性优化问题求解概述：非线性优化问题在科学、工程和经济等领域中具有重要的应用价值。
Matlab作为一种有效的数值计算软件，提供了许多工具和函数可以用于解决非线性优化问题。
本文将介绍如何使用Matlab进行非线性优化问题求解，以帮助读者更好地利用这一强大的工具。
1. 定义非线性优化问题：非线性优化问题是指目标函数和约束条件中存在非线性函数的优化问题。
一般可表示为:min f(x)s.t. g(x) ≤ 0h(x) = 0其中，f(x)为目标函数，g(x)为不等式约束条件，h(x)为等式约束条件，x为待求解的变量。
2. 准备工作：在使用Matlab求解非线性优化问题之前，需要先准备好相应的工作环境。
首先，确保已安装了Matlab软件，并具备一定的编程基础。
其次，熟悉Matlab中的优化工具箱，该工具箱提供了各种用于求解优化问题的函数和工具。
3. 使用fmincon函数求解非线性优化问题：在Matlab中，可以使用fmincon函数来求解非线性优化问题。
该函数的基本语法如下：[x,fval] = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options)其中，fun为目标函数的句柄或字符串，x0为初始解向量，A、b为不等式约束条件的系数矩阵和常数向量，Aeq、beq为等式约束条件的系数矩阵和常数向量，lb、ub为变量的下界和上界，nonlcon为非线性约束条件的函数句柄或字符串，options为优化选项。
4. 设计目标函数和约束条件：在使用fmincon函数求解非线性优化问题之前，需要设计好目标函数和约束条件。
目标函数应根据实际问题进行建模，为求解问题提供一个优化目标。
约束条件则用于限制解的取值范围，可包括等式约束和不等式约束。
5. 设置初始解向量：在使用fmincon函数求解非线性优化问题时，需要设置一个合适的初始解向量x0。
初始解向量的选择可能对求解结果产生影响，因此可以根据问题的特点和求解经验来选择一个合适的初值。
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fmincon调用格式主要如下： x = fmincon(fun,x0,A,b) x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq) x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub) x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon) x = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options) [x,fval] = fmincon(...) [x,fval,exitflag] = fmincon(...) [x,fval,exitflag,output] = fmincon(...) [x,fval,exitflag,output,lambda] = fmincon(...) [x,fval,exitflag,output,lambda,grad] = fmincon(...) [x,fval,exitflag,output,lambda,grad,hessian] = fmincon(...)
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二、 fminsearch函数
fminsearch是MATLAB中求解无约束的函数之一，其使用的算法为可变 多面体算法（Nelder-Mead Simplex），其调用格式主要如下： x = fminsearch(fun,x0) x = fminsearch(fun,x0,options) [x,fval] = fminsearch(...) [x,fval,exitflag] = fminsearch(...) [x,fval,exitflag,output] = fminsearch(...)
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三、 fmincon函数
fmincon是MATLAB最主要的求解约束最优化的函数，该函数要求的 约束优化问题的标准形式为：
min f ( x) c ( x ) 0 ceq ( x) 0 s.t Ax b Aeq x beq lb x ub
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第二节 理论模型
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一、无约束非线性优化
不失一般性，无约束优化的一般形式：
min f ( x)
x Rn
f ( x) 为非线性函数。 其中， 对于无约束非线性最大化可以通过如下转换将其转化为标 准的无约束非线性优化的一般形式：
max f ( x) min f ( x)
i
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max f ( x) g i ( x) 0 i 1, 2, , m s.t h j ( x) 0 j 1, 2, , l min f ( x) g i ( x) 0 i 1, 2, , m s.t h j ( x) 0 j 1, 2, , l
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其中输入参数： Fun: 目标函数 X0： 迭代初始点 Options：函数参数设置 函数输出： X: 最优点（算法停止点） Fval: 最优点对应的函数值 Exitflag: 函数停止信息 1： 函数收敛正常停止 0： 迭代次数，目标函数计算次数达到最大数 -1：算法被output函数停止 Output：函数运算信息 例题参考书中 【例14.3-2】
非线性优化问题
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主要内容
理论背景 理论模型 MATLAB实现 案例扩展
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第一节 理论背景
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1951年Kuhn-Tucker最优条件(简称KT条件) Davidon(1959), Fletcher和Powell(1963)提出DFP方法 1970年由Broyden,Fletcher,Goldfarb 和Shanno从不 同的角度共同提出的BFGS方法 约束变尺度(SQP)方法(Han和Powell为代表)和 Lagrange乘子法(代表人物是Powell 和Hestenes) 80年代开始研究信赖域法、稀疏拟牛顿法、大规模 问题的方法和并行计算 90年代研究解非线性优化问题的内点法和有限储存 法
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第三节 MATLAB实现
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一、fminunc函数（无约束优化）
fminunc函数是MATLAB求解无约束优化问题的主要函数，函数主要 使用BFGS拟牛顿算法（BFGS Quasi-Newton method）、DFP拟牛顿 算法（DFP Quasi-Newton method）、最速下降法等。其调用格式主 要如下： x = fminunc(fun,x0) x = fminunc(fun,x0,options) [x,fval] = fminunc(...) [x,fval,exitflag] = fminunc(...) [x,fval,exitflag,output] = fminunc(...) [x,fval,exitflag,output,grad] = fminunc(...) [x,fval,exitflag,output,grad,hessian] = fminunc(...)
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其中输入参数： Fun: 目标函数 一般用句柄形式给出 X0： 优化算法初始迭代点 Options: 参数设置 函数输出： X: 最优点输出（或最后迭代点） Fval: 最优点（或最后迭代点）对应的函数值 Exitflag: 函数结束信息 （具体参见matlab help ） Output: 函数基本信息 包括迭代次数，目标函数最大计算次数，使 用的算法名称，计算规模等。 Grad： 最优点（或最后迭代点）的导数 Hessian：最优点（或最后迭代点）的二阶导数 例题参考书中 【例14.3-1】
x Rn x Rn
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二、约束非线性优化
不失一般性，约束优化的一般形式：
min f ( x) g i ( x) 0 i 1, 2, , m s.t h j ( x) 0 j 1, 2, , l
h j ( x) 0 其中， f x : Rn R 为非线性函数。g ( x) 为不等式约束， 为等式约束。 与无约束非线性最大化类似，对于约束非线性最大化可以通过 转换，将其转化为标准的约束非线性优化的一般形式：