最优化模型与算法.
最优化方法(建模、原理、算法)
26
29
32
里程(km) 501～600 601～700 701～800 801～900 901～1000
运价(万元) 37
44
50
55
60
• 1000km以上每增加1至100km运价增加5 • 公路运输费用为1单位钢管每公里0.1万元（不足
整公里部分按整公里计算）。
SST
• 钢管可由铁路、公路运往铺设地点（不只是运到 点，而是管道全线）。
• （1）请制定一个主管道钢管的订购和运输计划， 使总费用最小（给出总费用)。
• （2）请就（1）的模型分析：哪个钢厂钢管的销 价的变化对购运计划和总费用影响最大，哪个钢 厂钢管的产量的上限的变化对购运计划和总费用 的影响最大，并给出相应的数字结果。
• （3）如果要铺设的管道不是一条线，而是一个树 形图，铁路、公路和管道构成网络，请就这种更 一般的情形给出一种解决办法，并对图二按（1） 的要求给出模型和结果。
SST
i 1234567 si 800 800 1000 2000 2000 2000 3000 pi 160 155 155 160 155 150 160 • 1单位钢管的铁路运价如下表：
里程(km) 运价(万元)
≤300 20
301～350 351～400 401～450 451～500
23
平均值 c [c1, c2,, cn ]T，协方差矩阵 V 。
希望利润期望值最大且方差最小，建立多目标优化模型：
v - min [ - c T x, xTVx ]
s. t. Ax b
x0
SST
• 问题扩展 b. 风险投资问题（参考98全国建模赛题）
将前面的产品换成投资项目，考虑投资 Aj 风险损失qj 。
最优化理论与算法完整版课件陈宝林
TP SHUAI
1
提纲
使用教材：
最优化理论与算法 陈宝林
参考书 ：
数学规划 黄红选， 韩继业 清华大学出版社
1. 线性规划 对偶定理
2. 非线性规划 K-K-T 定理
3. 组合最优化 算法设计技巧
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2
其他参考书目
Nonlinear Programming - Theory and Algorithms
j1
m
s.t xij bj
i1
xij 0
i 1, 2, , m
j 1, 2, n i 1, 2, , m j 1, 2, n
TP SHUAI
15
3 税下投资问题
• 以价格qi 购买了si份股票i,i=1,2,…,n
• 股票i的现价是pi
• 你预期一年后股票的价格为ri • 在出售股票时需要支付的税金=资本收益×30% • 扣除税金后，你的现金仍然比购买股票前增多 • 支付1%的交易费用 • 例如：将原先以每股30元的价格买入1000股股票，以
最优化首先是一种理念, 运筹学的“三个代表”
其次才是一种方法.
• 模型
• 理论
• 算法 TP SHUAI
5
绪论---运筹学（Operations Research - OR）
运筹学方法
最优化/数学规划方法
连续优化：线性规划、 非线性规划、非光滑优 化、全局优化、变分法、 二次规划、分式规划等
离散优化：组合优化、 网络优化、整数规划等
TP SHUAI
23
6.结构设计问题
p1
p2
h
2p
2L
B
d
受力分析图
数学建模最优化模型
有约束最优化问题的数学建模
有约束最优化模型一般具有以下形式：
m in f (x)
m ax f (x)
x
或
x
s .t. ......
s .t. ......
其中f(x)为目标函数，省略号表示约束式子，可以是 等式约束，也可以是不等式约束。
最优化方法主要内容
f1='-2*exp(-x).*sin (x)';
[xmax,ymax]=fminbnd (f1, 0,8)
运行结果： xmin = 3.9270 xmax = 0.7854
ymin = -0.0279 ymax = 0.6448
例2 有边长为3m的正方形铁板，在四个角剪去相等的正方形以 制成方形无盖水槽，问如何剪法使水槽的容积最大？
例1：求函数y=2x3+3x2-12x+14在区间[-3,4]上的最 大值与最小值。
解：令f(x)=y=2x3+3x2-12x+14
f’(x)=6x2+6x-12=6(x+2)(x-1) 解方程f’(x)=0，得到x1= -2，x2=1，又 由于f(-3)=23，f(-2)=34，f(1)=7，f(4)=142， 综上得， 函数f(x)在x=4取得在[-3,4]上得最大值f(4)=142，在 x=1处取得在[-3,4]上取得最小值f(1)=7
ya11a3ln1a2expxa5a4
其中 a1 a2 a3 a4 和a 5 待定参数,为确定这些参数,
对x.y测得m个实验点: x 1 ,y 1 ,x 2 ,y 2, x m ,y m .
试将确定参数的问题表示成最优化问题.
网络优化模 型与算法-V1
网络优化模型与算法-V1网络优化模型与算法随着互联网技术的不断发展，网络优化问题变得越来越重要。
无论是商业领域还是科研领域，网络优化都在扮演着重要的角色。
本文将重点介绍网络优化模型与算法。
一、网络优化模型网络优化模型是指将网络中的各个元素和关系用数学模型表示出来，并根据所要优化的目标给出相应的优化模型。
常见的网络优化模型有最小生成树模型、最短路模型、网络流模型等。
1. 最小生成树模型最小生成树模型是指在一个网络中找到一棵生成树，使得这个生成树的总权值最小。
在最小生成树模型中，边的权值代表着连接两个节点的代价。
经典的最小生成树算法有Prim算法和Kruskal算法。
2. 最短路模型最短路模型是指在一个网络中找到一条路径，使得这条路径的总权值最小。
在最短路模型中，边的权值代表着从一个节点到另一个节点的距离或代价。
经典的最短路算法有Dijkstra算法和Floyd算法。
3. 网络流模型网络流模型是指在一个网络中找到一种流量分配方式，使得流量的总和最大或成本最小。
在网络流模型中，节点之间的流量代表着信息传递的速度或物质的流动量，边的容量代表着流量的上限。
经典的网络流算法有最大流算法和最小费用最大流算法。
二、网络优化算法网络优化算法是指利用数学模型和算法求解网络优化问题的方法。
不同的网络优化问题需要不同的算法。
本节将介绍一些常见的网络优化算法。
1. Prim算法Prim算法是用于求解最小生成树的一种贪心算法。
它从一个起点开始，每次找到与当前最小生成树距离最近的节点，将这个节点加入最小生成树中。
2. Kruskal算法Kruskal算法是用于求解最小生成树的一种贪心算法。
它将所有边按照权值从小到大排序，依次加入最小生成树中。
如果加入一条边会形成环，则舍弃这个边。
3. Dijkstra算法Dijkstra算法是用于求解最短路的一种贪心算法。
它从起点开始，每次找到距离起点最近的节点，并更新其它与该节点相邻的节点的距离。
《最优化基础——模型与方法》系列教材
《最优化基础 —— 模型与方法》系列教材编委会 1998 年 5 月
系列教材编委会成员名单 ( 姓氏笔划为序)
主编: 姜启源 谭泽光 编委: 刘宝碇 邢文训 陈宝林 林翠琴 胡冠章
黄红选 谢金星
目 录
序言 ……………………………………………………………… Ⅶ
第 1 章 概论……………………………………………………… 1 1. 1 组合最优化问题 ……………………………………… 1 1. 2 计算复杂性的概念 …………………………………… 5 1. 3 邻域概念……………………………………………… 11 1. 4 启发式算法…………………………………………… 13 1. 5 NP , N P－C 和 NP －hard 概念 ………………………… 28 1. 6 小结…………………………………………………… 48 练习题 ……………………………………………………… 49 参考文献 …………………………………………………… 51
《最优化基础—— 模型与方法》系列教材
现代优化计算方法
邢文训 谢金星 编著
清华大学出版社
( 京) 新登字 158 号
内 容 简 介
本书 系 统 介 绍 了 禁 忌 搜 索 、模 拟 退 火 、遗 传 算 法 、人 工 神 经 网 络 和 拉 格 朗 日 松 弛等 现 代 优 化 计 算 方 法 的 模 型与 理 论 、应 用技 术 和 应 用 案 例 。
解决实际生活中优化问题的手段大致有以下几种: 一是靠经 验的积累, 凭主观作判断; 二是做试验选方案, 比优劣定决策; 三是 建立数学模型, 求解最优策略。虽然由于建模时要作适当简化, 可 能使结果不一定非常完善, 但是它基于客观数据, 求解问题简便、 灵活、经济, 而且规模可以很大( 将来会越来越大) 。人们还可以吸 收从经验得到的规则, 用实验来不断校正建立的模型。随着数学方 法和计算机技术的进步, 用建模和数值模拟解决优化问题这一手 段, 将会越来越显示出它的效能和威力。显然, 在决策定量化、科学 化的呼声日益高涨的今天, 数学建模方法的推广应用是符合时代 潮流和形势发展需要的。
最优化理论与方法
1．有穷性 对于任意一组合法输入值，在 执行有穷步骤之后一定能结束，即： 算法中的每个步骤都能在有限时间内完成；
2．确定性 对于每种情况下所应执行的操 作，在算法中都有确切的规定，使算法的 执行者或阅读者都能明确其含义及如何执 行。并且在任何条件下，算法都只有一条 执行路径；
3．可行性 算法中的所有操作都必须足够 基本，都可以通过已经实现的基本操作运 算有限次实现之；
11
1.1 组合优化问题
数学模型：
min dij xij i j
(1.4) 总路长
n
s.t. xij 1.i 1, 2,L , n, j 1
(1.5) 只从城市i出来一次
n
xij 1. j 1, 2,L , n,
i 1
(1.6) 只走入城市j一次
xij s 1, 2 s n 1, s 1, 2,L , n, (1.7) 在任意城市子集中不形成回路
(1.1)总价值
n
s.t. ai xi b, i 1
xi 0,1, i 1, , n.
(1.2)包容量限制 (1.3)决策变量
其中xi
1，装第i物品 0，不装第i物品
D 0,1n.
10
1.1 组合优化问题
例2 旅行商问题（TSP,traveling salesman problem） 管梅谷教授1960年首先提出，国际上称 之为中国邮递员问题。 问题描述：一商人去n个城市销货，所有 城市走一遍再回到起点，使所走路程最 短。
最优化理论与方法
（现代优化计算方法）
1
内容
概论 递归、分治、贪心、回溯 禁忌搜索、爬山算法 模拟退火、蚁群算法 遗传算法 神经网络 元胞自动机 随机算法
2
最优化模型
星期日 星期一 星期二 星期三 星期四 星期五 星期六
2、模型
决策变量：设x j为第j天开始休息的人数( j 1, 2,, 7)
目标函数： min x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 约束条件： x1 x2 x3 x4 x5 28 x2 x3 x4 x5 x6 15 x3 x4 x5 x6 x7 24 x4 x5 x6 x7 x1 25 x5 x6 x7 x1 x2 19 x6 x7 x1 x2 x3 31 x7 x1 x2 x3 x4 28 x1 , x2 , x3 , x4 , x5 , x6 , x7 0, 整数
例（挑选球员问题）某篮球教练要从8名业余队员中 挑选3名队员参加专业球队，使平均身高达到最高。 队员的号码、身高及所擅长的位置如下。要求：中 锋1人；后卫1人；前锋1人，但1号、3号与6号队员 中必须保留1人给业余队。
号码 1 2 3 4 5 6 7 8 身高（米） 1.92 1.91 1.90 1.86 1.85 1.83 1.80 1.79 位置 中锋 中锋 前锋 前锋 前锋 后卫 后卫 后卫 挑选变量 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8
例（选址问题）设有n个市场，第j个市场的位置为(aj,bj)， 对某种货物的需要量为qj, j=1,…,n,现计划建立m个仓库， 第i个仓库的容量为ci,i=1,…,m,试确定仓库的位置，使各 仓库到各市场的运输量与路程乘积之和最小． 解：设第i个仓库的位置为(xi,yi)，运输量为wij.
min n m w ( x a ) 2 ( y b ) 2 i j i j j 1 i 1 ij n s.t. j 1 wij ci i 1, 2, , m m i 1 wij q j j 1, 2, , n wij 0 i 1, 2, , m j 1, 2, , n
最优化建模算法与理论
最优化建模算法与理论最优化建模算法与理论最优化建模是以一种有效的方式来求解优化问题的过程。
它是一种用于处理优化问题的综合算法，其中包括搜索算法、随机算法、组合算法等。
最优化建模的主要目标是通过有效的算法和理论，寻找最优解来解决优化问题。
本文将从以下几个方面讨论最优化建模中的算法和理论：一、基本最优化模型基本最优化模型是一种描述变量之间关系的模型，它一般用于求解优化问题。
基本最优化模型一般由目标函数、约束条件、决策变量等组成。
目标函数是描述求解问题的目标，约束条件是指处理问题的要求，决策变量是用于描述最优化问题的变量。
基本最优化模型一般可以用数学模型来表示，如线性模型、非线性模型等。
二、最优化搜索算法最优化搜索算法是用于最优化问题的一类算法，它可以在有限的时间内搜索出最优解，因此被用来求解最优化问题。
最优化搜索算法主要包括贪心算法、模拟退火算法、遗传算法等。
贪心算法是一种局部最优搜索算法，它通过从一个状态进行评估，不断的求解局部最优解，最终求得全局最优解。
模拟退火算法是一种基于概率的搜索算法，它通过增加概率来接受新的状态，从而最终接受最优解。
遗传算法是一种进化算法，它通过迭代的过程，不断的进化出更优的解。
三、最优化理论最优化理论是指用于求解最优化问题的一系列理论，它可以帮助我们更好地理解和分析最优化问题。
最优化理论主要包括多目标优化理论、随机优化理论、优化系统理论等。
多目标优化理论是指在求解多目标优化问题时，按照一定的准则，构造出最优解的理论。
随机优化理论是指在求解随机优化问题时，按照一定的准则，构造出最优解的理论。
优化系统理论是指在求解优化系统问题时，按照一定的准则，构造出最优解的理论。
四、应用最优化建模算法和理论已被广泛应用于各个领域。
在工程中，最优化建模算法和理论可用于解决结构优化、供应链管理等问题。
在管理学中，最优化建模算法和理论可用于解决生产调度、经营决策等问题。
在经济学中，最优化建模算法和理论可用于解决价格机制、资源分配等问题。
最优化理论与方法
最优化理论与方法最优化是一门跨学科的数学领域，它有助于解决许多与决策有关的问题，它有着广泛的应用，主要用于满足个人和组织的目标。
最优化理论包括最优化模型，最优算法和最优化方法。
最优化模型是一种数学模型，它可以表示一种决策问题。
这些模型通常包含相关变量、目标函数、约束条件和其他等价约束条件。
最优化模型有助于求解某些有效决策，可以用来实现各种目标，例如最小化成本、最大化收益、最小化时间等。
最优化算法是一种算法，可以用来解决最优化问题。
常见的最优化算法包括梯度下降法、迭代尺度法、贪心法、遗传算法和模拟退火算法等。
这些算法通常被用于寻找最佳解决方案，并可以用来优化模型的性能。
最优化方法是最优化中的一种综合应用技术，它主要包括数值法、不确定规划、多目标规划和程序优化等。
该方法旨在优化系统性能，实现最优化目标，并解决复杂的决策问题。
数值法是一种常见的最优化方法，它通过试验得出最优值，以满足目标函数和约束条件。
不确定规划是通过探索不确定性情况下的最优决策，以实现最优目标。
多目标规划通过同时考虑多个优化目标的权衡，实现最优化。
程序优化是根据某种程序的特点，通过改进程序结构和增加有效的计算，实现系统性能的提高。
最优化理论与方法也有助于解决其他复杂的数学问题，例如多元函数求根、函数近似、非线性规划等。
这些理论和方法可以用于确定近似最优解，求解非线性方程组，求解最优化问题和实现系统性能优化等。
总之，最优化理论与方法是一门重要的跨学科学科，对解决决策问题、复杂的数学问题和实现系统优化都有重要的作用。
通过最优化理论与方法，可以优化决策过程，满足个人和组织的目标，从而提高绩效和效率。
运筹学优化模型与算法
运筹学优化模型与算法运筹学是一门研究如何做出最优决策的学科，它利用数学模型和算法来解决各种优化问题。
在现实生活中，我们经常面临各种决策问题，比如如何合理安排生产计划、如何规划物流配送路线、如何优化投资组合等等。
这些问题都可以通过运筹学的优化模型和算法来解决。
运筹学的优化模型是建立在一定的假设和约束条件下的数学描述，它可以帮助我们理清问题的结构和关系，并将问题转化为数学形式。
通过对模型进行求解，我们可以得到最优解或者近似最优解，从而指导我们做出决策。
在运筹学的优化模型中，目标函数是至关重要的。
目标函数是衡量优化问题的指标，我们希望通过优化算法来使目标函数取得最大值或最小值。
在实际应用中，目标函数可以是利润最大化、成本最小化、效率最大化等等，具体取决于问题的特点和需求。
除了目标函数，约束条件也是运筹学优化模型中不可或缺的一部分。
约束条件是对问题的限制和要求，它们限制了决策变量的取值范围和关系。
通过合理设置约束条件，我们可以确保最优解在可行解空间内，从而使得优化结果具有实际意义。
在运筹学的优化模型中，常见的建模方法包括线性规划、整数规划、非线性规划、动态规划等等。
这些方法各有特点，适用于不同类型的优化问题。
线性规划适用于目标函数和约束条件均为线性的问题；整数规划适用于决策变量为整数的问题；非线性规划适用于目标函数或约束条件为非线性的问题；动态规划适用于具有重叠子问题性质的问题等等。
根据问题的特点，我们可以选择合适的建模方法来求解。
除了优化模型，运筹学还涉及到优化算法的设计和求解。
优化算法是用来求解优化模型的具体方法和步骤。
常见的优化算法包括单纯形法、分支定界法、梯度下降法、遗传算法等等。
这些算法各有优缺点，适用于不同类型的优化问题。
通过合理选择和设计优化算法，我们可以高效地求解复杂的优化问题。
运筹学的优化模型和算法在各个领域都有广泛的应用。
在生产管理中，通过合理安排生产计划和调度，可以提高生产效率和降低成本；在物流配送中，通过优化路线和运输方式，可以提高物流效率和降低物流成本；在金融投资中，通过优化投资组合和风险控制，可以获得更高的投资收益和降低投资风险等等。
数学的最优化问题
数学的最优化问题数学的最优化问题是数学领域中一个重要的研究方向，它旨在寻找某个函数的最大值或最小值，同时满足一定的约束条件。
最优化问题在现实生活中有着广泛的应用，涉及到经济学、工程学、物理学等众多领域。
本文将从最优化问题的定义、数学建模、优化算法和应用实例四个方面来探讨数学的最优化问题。
一、最优化问题的定义最优化问题的目标是寻找一个函数的最大值或最小值，以使得函数值达到最好的状态。
最优化问题的数学表示可以用如下形式表示：\[\begin{align*}\text{maximize } & f(x) \\\text{subject to } & g_i(x) \leq 0, i = 1,2,\ldots,m \\& h_j(x) = 0, j = 1,2,\ldots,p\end{align*}\]其中，$f(x)$是目标函数，$g_i(x) \leq 0$是不等式约束条件，$h_j(x) = 0$是等式约束条件，$x$是自变量。
最优化问题可以是单目标或多目标的，约束条件可以是线性或非线性的。
最优化问题的求解目标是找到满足约束条件下使目标函数取得最优结果的解$x^*$。
二、数学建模数学建模是最优化问题求解的关键环节。
在数学建模中，我们需要将实际问题转化为数学模型，以便能够用数学方法进行求解。
数学建模主要包括定义目标函数和约束条件，选择自变量和确定问题的求解方法等步骤。
首先，我们需要明确最优化问题的目标。
目标函数可以是任何能够量化实际问题的指标，例如最大化利润、最小化成本等。
其次，我们需要考虑问题的约束条件。
约束条件可以包括一些限制条件，例如资源的有限性、技术限制等。
约束条件的设计对最优解的求解有着重要的影响。
然后，我们需要选择适当的自变量。
自变量是我们在问题中可以灵活操作和调整的变量，通过调整自变量的取值，我们可以探索最优化问题的解空间。
最后，我们需要确定问题的求解方法。
常见的最优化求解方法包括线性规划、非线性规划、整数规划、动态规划等。
最优化模型与算法
最优化模型与算法
最优化模型和算法是求解优化问题的基本工具，随着人工智能和机器
学习的发展，最优化模型和算法从物理、工程和管理等多个领域被广泛应用。
最优化模型通常是一种特殊的抽象模型，它可以用来把实际问题以数
学模型的形式表示出来，并依据一定的目标函数对这个模型的参数进行优化。
而最优化算法是根据最优化模型寻找最优解的一种算法。
从计算上来讲，最优化模型可分为精确求解和近似求解。
精确求解是
指找到原问题的最优解，它通常采用解析法，比如利用简单x法、线法等
简单算法求解；而近似求解是指通过迭代的过程找到最优解的近似值，它
通常需要采用启发式算法，比如梯度下降法、牛顿法等更复杂的算法求解。
优化过程中，选择合适的算法非常重要。
线性规划若是精确求解，可
以采用简单x法，比如简单的罗伯特－普林斯顿极值法；若是近似求解，
常用的有梯度优化算法、模拟退火算法等。
最优化算法（牛顿、拟牛顿、梯度下降）
最优化算法（⽜顿、拟⽜顿、梯度下降）1、⽜顿法 ⽜顿法是⼀种在实数域和复数域上近似求解⽅程的⽅法。
⽅法使⽤函数f (x)的泰勒级数的前⾯⼏项来寻找⽅程f (x) = 0的根。
⽜顿法最⼤的特点就在于它的收敛速度很快。
具体步骤： ⾸先，选择⼀个接近函数f (x)零点的x0，计算相应的f (x0) 和切线斜率f ' (x0)（这⾥f ' 表⽰函数f 的导数）。
然后我们计算穿过点(x0, f (x0)) 并且斜率为f '(x0)的直线和x 轴的交点的x坐标，也就是求如下⽅程的解： 我们将新求得的点的x 坐标命名为x1，通常x1会⽐x0更接近⽅程f (x) = 0的解。
因此我们现在可以利⽤x1开始下⼀轮迭代。
迭代公式可化简为如下所⽰： 已经证明，如果f ' 是连续的，并且待求的零点x是孤⽴的，那么在零点x周围存在⼀个区域，只要初始值x0位于这个邻近区域内，那么⽜顿法必定收敛。
并且，如果f ' (x)不为0, 那么⽜顿法将具有平⽅收敛的性能. 粗略的说，这意味着每迭代⼀次，⽜顿法结果的有效数字将增加⼀倍。
下图为⼀个⽜顿法执⾏过程的例⼦。
由于⽜顿法是基于当前位置的切线来确定下⼀次的位置，所以⽜顿法⼜被很形象地称为是"切线法"。
⽜顿法的搜索路径（⼆维情况）如下图所⽰： ⽜顿法搜索动态⽰例图：2、拟⽜顿法（Quasi-Newton Methods） 拟⽜顿法是求解⾮线性优化问题最有效的⽅法之⼀，于20世纪50年代由美国Argonne国家实验室的物理学家W.C.Davidon所提出来。
Davidon设计的这种算法在当时看来是⾮线性优化领域最具创造性的发明之⼀。
不久R. Fletcher和M. J. D. Powell证实了这种新的算法远⽐其他⽅法快速和可靠，使得⾮线性优化这门学科在⼀夜之间突飞猛进。
拟⽜顿法的本质思想是改善⽜顿法每次需要求解复杂的Hessian矩阵的逆矩阵的缺陷，它使⽤正定矩阵来近似Hessian矩阵的逆，从⽽简化了运算的复杂度。
最优化理论与算法完整版课件
多目标规划 对策论等
随机过程方法
统计决策理论 马氏过程 排队论 更新理论 仿真方法 可靠性理论等
TP SHUAI
统计学方法
回归分析 群分析 模式识别 实验设计 因子分析等
6
优化树
TP SHUAI
7
•最优化的发展历程
2E d 2 B2 p L2 h2 0
8 L2 h2
dhB
6.结构设计问题
另外还要考虑到设计变量d和h有界。 从而得到两杆桁架最优设计问题的数学模型：
min 2dB L2 h2
s.t.
p L2 h2 0 dhB
2E d 2 B2
则称x0为极小化问题min f(x),x S的局部最优解
TP SHUAI
30
优化软件 / /neos/solvers/index.html
TP SHUAI
23
6.结构设计问题
p1
p2
h
2p
2L
B
d
受力分析图
圆杆截面图
2p
h
2L
桁杆示意图
TP SHUAI
24
6.结构设计问题
解：桁杆的截面积为 ： S dB
桁杆的总重量为：W 2dB L2 h2
负载2p在每个杆上的分力为：p1
p
cos
p
L2 h2 h
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5负载平衡(1)
实例: 网络G(V,E) 及一组m 个数的集合{s,d>0}，表示 连接源点 s与汇点d 之间的流量
解: {s,d>0}的一组路由, 即G(V,E) 中m 条s 与 d间的路, 表示连接s与d 的负载流量的路径。
电力系统优化的算法和模型
电力系统优化的算法和模型电力系统优化是一种通过各种优化算法和模型来实现电力系统高效、高质量运营的方法。
随着电力系统的迅速发展和电力市场的日益成熟，如何利用现代化的科技手段来解决当前电力系统运营中的一系列问题成为了一个迫切的问题。
本文将结合实例，探讨电力系统优化中常用的算法和模型。
1.电力系统优化的算法1.1 多目标规划算法多目标规划算法是求解多个相互矛盾目标的优化问题，通过建立传统的单目标规划的基础上，将优化目标扩展为多个，从而可以更好的综合利用各种资源，实现电力系统的整体优化。
举个例子，某电力系统需要在稳定系统电压和电流的前提下，提高各台机组的发电效率，同时控制发电机的运行费用。
多目标规划算法可以根据电力系统当前的电力负载需求、电价、发电量等情况，综合考虑各个目标之间的关系，得出最优的决策方案。
1.2 遗传算法遗传算法是基于生物演化和遗传进化思想的自适应优化算法，其思想源于达尔文的“适者生存”定律。
在电力系统优化中，遗传算法可以用来解决多维约束条件下的特定问题，比如，如何在电力系统中合理分配各个节点的电力负载。
具体操作步骤是，将电力系统中的各种限制条件（比如容量限制、电缆阻抗等）以及运行效果（比如最大化发电量、最小化运行成本）转化为适应度函数，使用遗传算法进行仿真求解，从而得到最优的电力系统优化方案。
1.3 神经网络算法神经网络算法是一种能够模拟人工神经网络运作原理的算法，电力系统优化中，可以通过利用神经网络对不同节点电压进行预测，从而提高电力系统的稳定性和可靠性。
例如，一些大型电力系统内部的负荷需求常常会出现高峰和低谷，这些大型电力系统往往需要其内部节点集成的多个发电机来保证供电质量和可靠性。
使用神经网络算法可以精确预测各节点电压，从而可以更好的实现电力系统的负荷均衡。
2.电力系统优化的模型2.1 直流潮流模型直流潮流模型是求解电力系统稳态潮流问题的一种最基本的模型，它假设电力系统中各种元件的电压和相位都是固定不变的，仅考虑各种电阻、电感和容抗等元器件的损耗等问题。
高一选课分班中的优化算法与模型构建
高一选课分班中的优化算法与模型构建高一学生在选课时，通常会面临一个重要的问题：如何将全体学生合理地分配到不同的班级中，以便达到教学效果的最大化？这是一个典型的优化问题，需要考虑多个因素，并以算法和模型构建为基础来解决。
本文将探讨高一选课分班中的优化算法与模型构建。
一、问题描述在高一选课分班中，我们需要考虑多个因素，如每个班级的总人数，每个班级的平均分数，学生的选课意向等。
为了达到教学效果的最大化，我们需要找到一种方法将学生分配到各个班级中，使得每个班级的人数尽可能平均，同时满足学生的选课意向。
二、优化算法1. 贪心算法贪心算法是一种简单而高效的优化算法，可以在选课分班中得到较好的结果。
其思想是每次从剩余学生中选择一个与当前班级差异最小的学生，并将其分配到该班级中。
这样可以保证每次分配都是最优的，但是不能保证全局最优。
2. 遗传算法遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法，在选课分班中也可以应用。
首先，将学生的选课意向表示为一个个体的基因信息，然后通过交叉、变异等操作来生成新的种群，最终得到一个适应度较高的个体作为最优解。
3. 简单遗传算法改进版为了提高遗传算法在选课分班中的效果，可以对其进行改进。
例如，引入种群多样性保持机制，避免陷入局部最优解；采用自适应的交叉和变异策略，提高算法的收敛速度和稳定性。
三、模型构建1. 选课意向模型为了准确分析学生的选课意向，可以构建选课意向模型。
通过收集学生的历史选课记录、兴趣爱好、成绩、生源地等信息，利用数据分析和机器学习算法来预测学生的选课意向。
这可以为分班算法提供更准确的输入数据。
2. 分班优化模型为了实现选课分班的最优化，可以构建一个分班优化模型。
该模型包括班级人数、平均分数、学生意向等变量，并通过数学规划或者模拟优化算法来求解最优解。
其中，约束条件可以包括班级人数的限制、平均分数的限制等。
四、实际应用优化算法与模型构建在高一选课分班中具有广泛应用。
例如，学校可以利用学生选课意向模型，为每个学生推荐适合的选修课程；教务人员可以利用分班优化模型，实现学生的最优分班方案。
最优化理论与方法
最优化理论与方法最优化理论与方法是理论和实践科学领域研究的重要内容，它关乎社会发展和科技进步。
最优化理论与方法旨在求解使某一系统所有参数和状态获得最优结果的技术。
它以实际应用为目的，通过模型建立、数学求解、数据分析和实验验证，以达到最佳的目的。
最优化理论与方法涉及到各种学科，可以归纳为几个方面。
1. 优化模型：优化模型是对求解问题的数学化抽象的表达，它反映了系统的状态、参数和决策，以及它们之间的相互作用。
所有优化问题均可以建立为优化模型，例如线性规划、非线性规划和多目标规划模型等。
2. 优化算法：优化算法是一种数学方法，可以在解决问题时寻求最优解。
常用的优化算法有梯度下降法、模拟退火法、遗传算法和模糊系统等。
3. 优化软件：优化软件是一类用于计算和求解优化问题的计算机程序，能够快速有效地查找最优解。
常用的优化软件有MATLAB、Scilab和GAMS等。
4. 优化实验：优化实验是针对优化问题进行实际测试，以确认最优解是否真正最优，同时还可以考察优化算法和软件的稳定性、可靠性和准确性。
以上就是最优化理论与方法的基本内容，它们贯穿了优化问题的整个求解过程。
它们的应用已经广泛渗透到社会经济、医药和环境、军事和其他领域中，可以说最优化理论与方法是当今科学技术发展进步的重要支撑。
最优化理论与方法在实际应用中存在一些问题。
首先，解决问题需要在模型、算法和软件上进行大量的工作，这需要花费大量的时间和精力；其次，优化模型本身可能存在缺陷和不完善的地方，这可能导致求解过程中存在误差或失败；最后，最优解的可靠性和准确性也受到实验的限制，有时结论可能不能完全证明。
为了解决上述问题，优化理论与方法需要传承和发展，更多的研究广泛考虑各种因素，创研新模型、新算法和新软件，更新优化实验，以求解我们面临的复杂问题。
此外，优化理论与方法的发展也将促进科学技术的发展，与社会发展紧密相连，为人类社会发展提供更多的可能性。
综上所述，最优化理论与方法是当今科学技术发展和社会发展的重要组成部分，它贯穿着整个解决问题的过程，如果要解决复杂问题，需要不断更新和发展，才能获得最优解和最终收获。
最优化问题数学模型
该题比较有意思的一句话是：“使调整弧度最小”
开放性的一句话，没有限制得很死，较灵活，
给参赛者的创新空间比较大一些，使得构建模型 的目标函数表现形式很多，再加上模型求解方法 （算法）的多样性，从而可以呈现出五花八门的 论文。
假设条件： 注：
有时需要通过查阅文献、资料给出合理假设
• 不碰撞的标准为任意两架飞机的距离大于8km;
④编写程序，利用计算机求解。
⑤对结果进行分析，讨论诸如：结果的合理性、正确性， 算法的收敛性，模型的适用性和通用性，算法效率与 误差等。
二、最优化模型的分类
最优化模型分类方法有很多，可按变量、约 束条件、目标函数个数、目标函数和约束条件的 是否线性是否依赖时间等分类。
根据目标函数，约束条件的特点将最优化模 型包含的主要内容大致如下划分：
例题讲解
例1 1995年全国数学建模A题：飞行管理问题
在约1万米的高空的某边长为160km的正方 形区域内，经常有若干架飞机作水平飞行，区 域内每架飞机的位置和速度向量均由计算机记 录其数据，以便进行飞行管理。当一架欲进入 该区域的飞机到达区域边缘时，计算机记录其 数据后，要立即计算并判断是否会发生碰撞。 若会发生碰撞，则应计算如何调整各架飞机 （包括新进入的飞机）飞行的方向角，以避免 碰撞，且使飞机的调整的幅度尽量小，
最优化模型
一、最优化模型的概述 二、最优化模型的分类 三、最优化模型的建立及求解 四、最优化模型的评价分析
一、最优化模型的概述
解决最优生产计划、最优设计、最优策略….
数学家对最优化问题的研究已经有很多年的 历史。
以前解决最优化问题的数学方法只限于古典 求导方法和变分法，拉格朗日（Lagrange）乘数 法解决等式约束下的条件极值问题。
人工智能算法与模型的融合与优化
人工智能算法与模型的融合与优化随着人工智能技术的不断发展和应用，人工智能算法与模型的融合与优化成为了当前研究的热点之一。
本文将从算法与模型的基本概念入手，探讨人工智能算法与模型的融合与优化的意义及方法。
一、算法与模型的基本概念算法是指解决问题的一系列步骤和规则，是一种用于计算和操作数据的数学和逻辑方法。
而模型则是对问题进行抽象和描述的数学表示，是一种对现实问题的简化和理论化描述。
在人工智能领域，算法是指用于实现机器智能的具体方法和技巧，如决策树算法、神经网络算法等。
模型则是对现实问题进行建模的数学工具，如逻辑回归模型、深度学习模型等。
二、融合与优化的意义人工智能算法与模型的融合与优化可以提高算法的性能和模型的精度，进一步提升人工智能系统的整体效果和应用价值。
具体意义如下：1. 提高算法效率：融合优化能够提高算法的执行效率，缩短计算时间，提升系统的响应速度和实时性。
2. 增强模型精度：通过融合不同的模型和算法，可以综合各自的优势，弥补其不足之处，从而提高模型的预测精度和准确性。
3. 拓展应用领域：融合优化可以扩大人工智能系统的应用范围，使之能够更好地适应不同领域和复杂场景的需求。
三、融合与优化方法人工智能算法与模型的融合与优化可以通过以下几种方法实现：1. 堆叠融合：将多个不同的模型通过级联或平行的方式进行融合，提高模型的泛化能力和预测效果。
常见的方法有集成学习、模型融合等。
2. 特征选择与提取：通过优化特征选择和提取方法，提取模型输入的有效信息，减少特征冗余和噪声，提高模型的拟合度和性能。
3. 参数调优：通过优化算法的参数，调整模型的学习规则和权重分配，使之更好地适应训练数据和预测任务，提高模型的学习能力和泛化能力。
4. 算法改进：通过算法的改进和创新，优化模型的训练过程和预测效果，提高算法的稳定性、鲁棒性和可拓展性。
5. 数据增强：通过增加训练数据的数量和质量，提高模型的训练效果和泛化能力。
常见的方法有数据扩增、数据清洗等。
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优化求解一般步骤
针对具体工程问题建立 优化设计的数学模型 建立目标函数文件 建立约束函数文件 建立调用优化工具函数 的M文件或命令文件 运行优化工具函数的M文 件或命令文件求解
min f (x1, x2, …, xn) s.t. g(x) ≤ 0
不等式约束条件 表示成g(X) ≤ 0的 形式
无约束非线性规划问题的MATLAB函数
设置优化选项参数
初始点
目标函数 返回最优设计变量 返回目标函数值
例 求y=2x13 +4x1x23-10x1x2+x22 的最小值点. 解：>>X=fminsearch('2*x(1)^3+4*x(1)*x(2)^310*x(1)*x(2)+x(2)^2', [0,0]) 结果为: X= 1.0016 0.8335 或在MATLAB编辑器中建立函数文件. function f=myfun(x) f=2*x(1)^3+4*x(1)*x(2)^3-10*x(1)*x(2)+x(2)^2; 保存为myfun.m，在命令窗口键入 >> X=fminsearch ('myfun', [0,0]) 或 >> X=fminsearch(@myfun, [0,0]) 结果为： X= 1.0016 0.8335
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MATLAB优化工具箱
常用的优化功能函数
求解线性规划问题的主要函数是linprog。 求解二次规划问题的主要函数是quadprog。 求解无约束非线性规划问题的主要函数是fminbnd、fminunc和
fminsearch。Fra bibliotek 求解约束非线性规划问题的函数是 fmincon 。 多目标优化问题的MATLAB函数有fgoalattain和fminimax。
函数 fmincon 格式 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(…)
有约束的多元函数最小值 数学模型形式：
min f （X） s.t. AX≤b （线性不等式约束） AeqX=beq （线性等式约束） C(X)≤0 （非线性不等式约束条件） Ceq(X)=0（非线性等式约束） Lb ≤X ≤Ub （边界约束条件） 其中：x、b、beq、lb、ub是向量，A、Aeq为矩阵，C(x)、 Ceq(x)是返回向量的函数，f(x)为目标函数，f(x)、C(x)、 Ceq(x)可以是非线性函数.
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优化算法及其分类
什么是优化算法？ 专门用于求解优化模型的方法叫做优化算法，优化算法与优化模型有本 质区别。
优化算法可分为两大类 1 梯度类算法 牛顿法、二分法、共轭梯度法、梯度下降法、单纯形法等，该类算法也 称为局部优化算法，明显缺陷是局部优化。Matlab优化工具箱多用该类算法。 2 非梯度类算法 （1）遍历搜索法，在组合优化中称为穷举法，计算量大，适用于小规模计算 求解。 （2）随机搜索法，包括遗传算法、模拟退火算法、群类算法、禁忌搜索法等， 又称为现代优化算法，是一类全局最优算法，求解的准确性与时间长度、迭 代次数直接相关。
参数说明： fun为目标函数，它可用前面的方法定义； nonlcon的作用是通过接受的向量x来计算非线性不等 约束和非线性等式约束分别在x处的估计C和Ceq，通 过指定函数名或函数名句柄来使用，如： >>x = fmincon(@myfun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,@mycon)， 先建立非线性约束函数，并保存为mycon.m： function [C,Ceq] = mycon(x) C=… % 计算x处的非线性不等约束的函数值. Ceq = … % 计算x处的非线性等式约束的函数值. lambda是Lagrange乘子，它体现哪一个约束有效. output输出优化信息； grad表示目标函数在x处的梯度； hessian表示目标函数在x处的Hessian值.
最优化模型与算法
内容概要
优化模型简介 优化模型分类 优化算法及其分类 Matlab优化工具箱 现代智能优化算法
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优化模型简介——概念、基本形式
什么是优化？就是从各种方案中选取一个最好的。从数学角度看，优化 理论就是研究如何在状态空间中寻找到全局最优点。 一般的优化具有下面形式： min f (x1, x2, …, xn) s.t. g(x) 0，xD 其中x1, x2, …, xnΩ（即问题的可行域，代表问题参数的选择范 围），即minf (X)，其中XΩ（矢量形式）。f(x)是决策问题的数学模型， 也是决策问题的目标函数，g(x) 0是决策问题的约束条件， X是决策问 题的决策变量，D是决策问题的定义域（可行域）。问题归结为求极值。 极值点非常多，需要找到全局最小点。 注：求问题的最大和最小是同一个问题，算法完全一样。 分布模型的参数估计问题是典型的优化问题，最大似然估计模型是典型 的优化模型。
3
优化模型分类
1.根据是否存在约束条件 有约束模型，无约束模型 注：有约束问题通常采用转换方法将有约束模型转换为无约束模型再 求解。
2.根据目标函数和约束条件表达式的性质
线性规划，非线性规划，二次规划，多目标规划等 注：最常见的优化模型为非线性规划模型。
3.根据决策变量的连续性
连续性优化模型，离散性优化模型（典型的组合优化问题，最短路） 注：两类模型在求解方法上有较大不同，本次讲解针对前一种。
fminbnd
只求解单变量问题 要求目标函数为连续函数
fminsearch
适用于简单优化问题 可求解单变量和多变量问题
fminunc
可求解复杂优化问题
无约束多元函数最小值函数fminsearch 调用格式
返回算法的终止 指示变量值
[xopt,fopt,exitflag]=fminsearch(fun,x0,options)