优化方法MATLAB编程-大连理工大学
MatLab与Fortran混合编程实现结构优化和可靠性分析
（ ａｕｙｏ ｏｓｕｔｎＥ ｇｎｅｎ Ｄ ｌ ｎＵ ｉｒｔ ｏ Ｔｃｎｌ ｙ ａ ａ ，Ｌ ｏｉ １０４ ｈｎ ） Ｆｃｌ ｔ ｆＣｎｔ ｃｏ ｎｉ ｒ ｇ， ａｉ ｎ ｅ ｉ ｅｈｏ ｇ ，Ｄ ｌ ｎ ｉ ｎ ｇ １６２ ，Ｃ ｉ ｒ ｉ ｅｉ ａ ｖ ｓｙｆ ｏ ｉ ａ ｎ ａ
２００ 第 第 ３ １卷 ６月 １２年 翅
Ｊｕ ｌ ｆ ｔ ｅｏｒｅ ａｄＡ ｃｉｃ 珀 ｏｍａ ０ ｗａ水利与建筑工程学报 ｅ Ｒ ｓＩｃｓ ｎ ｒ ｔ 】 ｒ ｌ ｈｅｕ
Ｖ １１ ｏ３ ｏ．０Ｎ ．
Ｊ ｎ ．， ２ ｕ ２０ １
Ｍａ ａ ｔ ｂ与 Ｆ ｒ ａ Ｌ ｏｔ ｎ混 合 编 程 实 现 ｒ 结 构 优 化 和 可 靠 性 分 析
ｓｒ ｔ ｕｃｔ ｅ ｕｒ ｓ．
Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ：Ｍ ａ Ｌａ ａ ｕ ｇ ｔ ｂ ｌｎｇ ａ ｅ；Ｆｏ ｔａ ａ ｇ ａ ｅ；ｍ ｉｉ ｏ ｒ ｍ ｍ ｉ ｇ； ｓｒ ｃ ｕ ａ ｐ ｉ ｉａ ｉ ｎ；ｓｒ ｔ ａ ｅｉ ｒｒ ｎ ｌ ｎ ｕｇ ｘ ｎｇ ｐｒ ｇ ａ ｎ ｔ ｕ ｔ ｒ ｌｏ ｔｍ ｚ ｔｏ ｔｕｃｕｒ ｌｒ ｌ－
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Ｆｒａ 有 限元 程序成 功 连 接 ； ｏｒ ｔｎ 然后 在 Ｍａ ａ ｔ ｂ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 Ｍａ ａ ｔ ｂ和现有 Ｆ ￣ａ 有 限元程 序 ， Ｌ ｏｒ ｎ 采用 Ｍａ ａ 与 Ｆｒａ 合编程 。通过 Ｍａ ａ 程 ｔｂ Ｌ ｏｒ ｔ ｔｎ 昆 ｔｂ Ｌ 序接 口， Ｍａ ａ 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 ｔｂ Ｌ ｏｒ ｎ 然后 在 Ｍ ｔａ ａ￣ 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 ： ａ ａ 语言 ；ｏ ｒ 语 言 ； Ｍｔ ｂ Ｌ Ｆ￣ａ ｎ 混合编程 ； 结构优化 ； 构可靠性 分析 结
如何优化Matlab代码效率
如何优化Matlab代码效率一、引言Matlab是一种广泛用于科学计算和工程数据分析的编程语言和环境。
尽管Matlab具有易学易用的优势，但在处理大规模数据和复杂算法时，其执行效率可能受到限制。
本文旨在探讨如何优化Matlab代码的效率，以提高程序执行速度和资源利用率。
二、算法优化在编写Matlab代码时，合理选择和设计算法是提高效率的关键。
以下是一些常见的算法优化方法：1. 向量化操作：利用Matlab对向量和矩阵运算的优化支持，尽量避免使用循环。
通过向量化操作，可以将多个操作并行执行，减少运算次数。
2. 预分配内存空间：在循环中频繁使用动态分配内存的操作会导致效率下降。
可以通过预先分配足够的内存空间来避免频繁的内存分配和释放操作。
3. 减少不必要的计算：分析算法流程，去除不必要的计算步骤和重复计算，减少程序运行时间。
4. 选择高效的数据结构：根据实际需求选择合适的数据结构，例如使用矩阵代替多维数组，使用稀疏矩阵进行存储和计算等。
5. 并行计算：利用Matlab的并行计算工具箱，将计算任务分解为多个子任务，并利用多核或集群资源并行执行，以加速程序运行。
三、内存管理合理的内存管理是优化Matlab代码效率的重要一环。
以下是一些内存管理的技巧：1. 及时释放不再使用的变量：及时清除不再使用的变量，以释放内存空间，避免因内存不足而引起的性能下降。
2. 使用稀疏矩阵：对于大规模的稀疏数据，使用稀疏矩阵可以大幅减少内存占用和计算时间。
3. 内存预分配：通过预估计算所需内存空间，提前分配足够的内存，减少内存分配的开销。
4. 尽量避免频繁的复制操作：在Matlab中，大部分变量传递和复制都是按值传递，会占用额外的内存。
在处理大规模数据时，尽量避免频繁的变量复制操作，以减少内存开销。
四、调试和性能分析工具Matlab提供了一系列的调试和性能分析工具，可以帮助开发者发现代码中的潜在性能瓶颈。
以下是一些常用的工具：1. Profiler：通过运行Profiler，可以收集代码的性能数据，包括函数的执行时间、内存占用等信息。
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。
使用Matlab进行多目标优化和约束优化
使用Matlab进行多目标优化和约束优化引言：多目标优化和约束优化是现代科学和工程领域中的重要问题。
在很多实际应用中，我们常常面对的是多个目标参数之间存在冲突的情况，同时还需要满足一定的约束条件。
这就需要我们采用适当的方法和工具进行多目标优化和约束优化。
本文将介绍如何使用Matlab进行多目标优化和约束优化。
一、多目标优化多目标优化是指在优化问题中存在多个目标函数，我们的目标是同时优化这些目标函数。
在Matlab中，可以使用多种方法进行多目标优化，其中常用的方法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火等。
1.1 遗传算法遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法。
它模拟了遗传的过程，通过交叉、变异和选择等操作，利用群体中不断进化的个体来搜索最优解。
在多目标优化中，遗传算法常用于生成一组非支配解，即没有解能同时优于其他解的情况。
Matlab中提供了相关的工具箱，如Global Optimization Toolbox和Multiobjective Optimization Toolbox，可以方便地进行多目标优化。
1.2 粒子群算法粒子群算法是一种基于群体行为的优化算法。
它通过模拟鸟群或鱼群等群体的行为，寻找最优解。
在多目标优化中，粒子群算法也可以生成一组非支配解。
Matlab中的Particle Swarm Optimization Toolbox提供了相关函数和工具，可以实现多目标优化。
1.3 模拟退火模拟退火是一种模拟金属冶炼过程的优化算法。
它通过模拟金属在高温下退火的过程，通过温度控制来逃离局部最优解，最终达到全局最优解。
在多目标优化中，模拟退火算法可以通过调整温度参数来生成一组非支配解。
Matlab中也提供了相关的函数和工具，可以进行多目标优化。
二、约束优化约束优化是指在优化问题中存在一定的约束条件，我们的目标是在满足这些约束条件的前提下，使目标函数达到最优。
在Matlab中，也有多种方法可以进行约束优化，其中常用的方法包括罚函数法、惩罚函数法和内点法等。
matlab程序优化的常用方法
matlab程序优化的常用方法
Matlab程序优化的常用方法有许多种，其中包括以下几种：
1. 向量化：使用向量和矩阵来代替循环，可以大大提高程序的执行速度。
2. 预分配变量空间：在循环前预先分配变量空间，避免程序在循环中频繁开辟空间。
3. 避免过多的变量复制：减少变量的复制次数，可以减少内存占用和运行时间。
4. 注意变量类型：使用更加高效的变量类型，如uint8和int8，可以减少内存占用和提高程序运行速度。
5. 减少I/O操作：尽量减少文件读写和图形绘制的操作，可以提高程序的执行速度。
6. 利用矩阵运算：使用矩阵运算代替单个数值的运算，可以大大提高程序的运行速度。
7. 简化代码逻辑：简化代码逻辑和减少冗余计算，可以提高程序的
运行速度和减少内存占用。
8. 选择最优算法：选择最优算法可以使程序更加高效，并且减少程序的执行时间。
9. 并行计算：使用并行计算可以提高程序的执行速度，尤其是在大规模数据处理和计算中。
10. 利用Matlab工具箱：Matlab提供了许多工具箱，如优化工具箱和图像处理工具箱等，可以减少程序的开发时间和提高程序的执行效率。
如何进行MATLAB代码调试与性能优化
如何进行MATLAB代码调试与性能优化引言:MATLAB是一种功能强大的科学计算语言和环境，广泛应用于工程、科学研究和数据分析等领域。
在进行MATLAB编程时，我们可能会遇到各种各样的问题，比如程序运行出错、运行速度慢等。
本文将介绍如何进行MATLAB代码调试与性能优化，以帮助读者更好地利用这一工具。
一、MATLAB代码调试1. 使用断点调试断点调试是一种常用的调试技术，可以让程序在指定位置停下来，以便我们检查变量的值、程序的执行流程等。
在MATLAB中，我们可以通过在编辑器左侧的行号区域单击设置断点，再运行程序时，程序将会在设定的断点处停下来。
在调试时，可以使用调试工具栏上的各种按钮，比如“运行到光标处”、“单步执行”等，来控制程序的执行流程。
2. 输出调试信息除了使用断点调试外，我们还可以通过输出调试信息的方式来调试MATLAB代码。
可以使用disp函数输出变量的值，或使用fprintf函数将信息输出到命令行窗口。
通过输出调试信息，我们可以观察变量的值是否符合预期，定位问题所在。
3. 使用调试工具MATLAB提供了一些强大的调试工具，如调试器（Debugger）和MATLAB Profiler等。
调试器可以让我们逐步执行程序，并实时查看变量的值，非常方便。
MATLAB Profiler可以帮助我们分析程序的性能瓶颈，找出耗时较长的函数、循环等，从而进行进一步的优化。
二、MATLAB代码性能优化1. 向量化在MATLAB中，向量化是一种常用的优化技术，可以大大提高代码的执行效率。
向量化意味着将循环操作转换为矩阵运算，利用MATLAB的矩阵运算能力来进行高效计算。
通过向量化，我们可以避免使用循环语句，减少了循环迭代的开销，提高了代码的执行速度。
2. 预分配内存在编写MATLAB代码时，我们应该尽量避免在循环中动态地增加数组的大小，这会导致频繁地内存分配和复制，从而降低程序的性能。
相反，我们可以通过预分配内存的方式，在循环前确定数组的大小，并初始化数组，从而避免频繁地内存分配和复制。
大连理工大学MATLAB概述
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。
优化问题的Matlab求解方法
优化问题的Matlab求解方法引言优化问题在实际生活中有着广泛应用，可以用来解决很多实际问题。
Matlab作为一款强大的数学计算软件，提供了多种求解优化问题的方法。
本文将介绍在Matlab中求解优化问题的常见方法，并比较它们的优缺点。
一、无约束无约束优化问题是指没有约束条件的优化问题，即只需要考虑目标函数的最大或最小值。
在Matlab中，可以使用fminunc函数来求解无约束优化问题。
该函数使用的是拟牛顿法（quasi-Newton method），可以迭代地逼近最优解。
拟牛顿法是一种迭代方法，通过逐步近似目标函数的梯度和Hessian矩阵来求解最优解。
在使用fminunc函数时，需要提供目标函数和初始点，并可以设置其他参数，如迭代次数、容差等。
通过不断迭代，拟牛顿法可以逐步逼近最优解。
二、有约束有约束优化问题是指在优化问题中加入了约束条件。
对于有约束优化问题，Matlab提供了多种求解方法，包括线性规划、二次规划、非线性规划等。
1. 线性规划线性规划是指目标函数和约束条件都为线性的优化问题。
在Matlab中，可以使用linprog函数来求解线性规划问题。
该函数使用的是单纯形法（simplex method），通过不断迭代来逼近最优解。
linprog函数需要提供目标函数的系数矩阵、不等式约束矩阵和约束条件的右手边向量。
通过调整这些参数，可以得到线性规划问题的最优解。
2. 二次规划二次规划是指目标函数为二次型，约束条件线性的优化问题。
在Matlab中，可以使用quadprog函数来求解二次规划问题。
该函数使用的是求解二次规划问题的内点法（interior-point method），通过迭代来求解最优解。
quadprog函数需要提供目标函数的二次项系数矩阵、线性项系数矩阵、不等式约束矩阵和约束条件的右手边向量。
通过调整这些参数，可以得到二次规划问题的最优解。
3. 非线性规划非线性规划是指目标函数或者约束条件中至少有一个是非线性的优化问题。
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。
MATLAB中的优化算法及其使用方法
MATLAB中的优化算法及其使用方法1. 引言在科学与工程领域，优化问题是一类常见且重要的问题。
它涉及到在给定约束条件下，寻找最优解或使目标函数达到最小或最大值的问题。
在解决这类问题时，MATLAB是一个非常强大且常用的工具，它提供了多种优化算法和函数。
本文将介绍MATLAB中的部分常见优化算法及其使用方法。
2. 优化问题的形式化表示在应用优化算法之前，首先需要将优化问题进行形式化表示。
假设我们要解决一个优化问题，其中有一个目标函数f(x)和一组约束条件h(x) = 0和g(x) ≤ 0。
这里，x是一个n维向量，表示我们要优化的参数。
3. 无约束优化算法无约束优化算法用于解决没有约束条件的优化问题。
MATLAB中提供了多个无约束优化算法，常用的有fminunc和fminsearch。
3.1 fminunc函数fminunc函数是MATLAB中用于寻找无约束优化问题最小值的函数。
它基于梯度下降算法，通过迭代优化来逼近最优解。
使用fminunc函数，我们需要提供目标函数和初始解作为输入参数，并指定其他可选参数，如最大迭代次数和精度要求。
3.2 fminsearch函数fminsearch函数也是用于无约束优化问题的函数，但与fminunc不同的是，它使用了模拟退火算法来搜索最优解。
使用fminsearch函数，我们需要提供目标函数和初始解作为输入参数，并指定其他可选参数，如最大迭代次数和收敛容忍度。
4. 约束优化算法约束优化算法用于解决带有约束条件的优化问题。
MATLAB中提供了多个约束优化算法，常用的有fmincon和ga。
4.1 fmincon函数fmincon函数是MATLAB中用于求解约束优化问题的函数。
它基于拉格朗日乘子法，并使用内点法等技术来求解约束优化问题。
使用fmincon函数，我们需要提供目标函数、约束条件、初始解和约束类型等作为输入参数，并指定其他可选参数，如最大迭代次数和精度要求。
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。
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mpsifunction psi=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dmpsifunction dpsi=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)gk=feval(dmpsi,x0,fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,sigma);if(norm(gk)<epsilon1)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,lambda,sigma); oldf=feval(mpsi,x0,fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,sigma);if(newf<oldf+sigma1*rho^m*gk'*dk)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)[x,v,ik]=bfgs('mpsi','dmpsi',x0,fun,hf,gfun,dfun,dhf,dgf,mu,lambda,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。
matlab 中的优化算法
matlab 中的优化算法MATLAB提供了多种优化算法和技术，用于解决各种不同类型的优化问题。
以下是一些在MATLAB中常用的优化算法：1.梯度下降法：梯度下降法是一种迭代方法，用于找到一个函数的局部最小值。
在MATLAB中，可以使用fminunc函数实现无约束问题的梯度下降优化。
2.牛顿法：牛顿法是一种求解无约束非线性优化问题的算法，它利用泰勒级数的前几项来近似函数。
在MATLAB中，可以使用fminunc 函数实现无约束问题的牛顿优化。
3.约束优化：MATLAB提供了多种约束优化算法，如线性规划、二次规划、非线性规划等。
可以使用fmincon函数来实现带约束的优化问题。
4.最小二乘法：最小二乘法是一种数学优化技术，用于找到一组数据的最佳拟合直线或曲线。
在MATLAB中，可以使用polyfit、lsqcurvefit等函数实现最小二乘法。
5.遗传算法：遗传算法是一种模拟自然选择过程的优化算法，用于求解复杂的优化问题。
在MATLAB中，可以使用ga函数实现遗传算法优化。
6.模拟退火算法：模拟退火算法是一种概率搜索算法，用于在可能的解空间中找到全局最优解。
在MATLAB中，可以使用fminsearchbnd函数实现模拟退火算法优化。
7.粒子群优化算法：粒子群优化算法是一种基于群体智能的优化算法，用于求解非线性优化问题。
在MATLAB中，可以使用particleswarm函数实现粒子群优化算法。
以上是MATLAB中常用的一些优化算法和技术。
具体的实现方法和应用可以根据具体问题的不同而有所不同。
提高MATLAB编程效率的技巧和方法
提高MATLAB编程效率的技巧和方法MATLAB是一种广泛应用于科学计算和工程领域的编程语言和环境。
它的功能强大且易于使用，但在大型项目或复杂计算过程中，编程效率的提升对于节约时间和资源是至关重要的。
因此，本文将介绍一些提高MATLAB编程效率的技巧和方法，以帮助用户更高效地开发和调试代码。
1. 使用向量化操作在MATLAB中，向量化操作是一种重要的优化技术。
它通过避免循环，对整个向量或矩阵进行操作，从而减少了代码的执行时间。
与使用循环逐个元素处理相比，向量化操作可以显着提高计算速度。
例如，用矩阵乘法代替循环相乘可以提高计算速度。
2. 预分配矩阵空间在循环中频繁增加矩阵大小会导致执行时间的增加，因为MATLAB需要重新分配内存空间。
为了避免这种情况，我们可以在进入循环之前预先分配矩阵所需的空间。
这样，MATLAB就可以直接在已分配的空间中进行操作，而不需要重新分配内存，从而提高编程效率。
3. 使用合适的数据类型选择合适的数据类型也可以提高MATLAB编程效率。
对于大型矩阵或数组，使用适当的数据类型（比如单精度浮点型）可以减少内存占用和计算时间。
此外，在处理整数运算时，使用整数数据类型而不是浮点数类型的运算也会提高效率。
4. 避免重复计算在编写MATLAB代码时，避免重复计算可以提高效率。
如果某个计算结果在后续的代码中被多次使用，可以将其保存在一个变量中，而不是每次使用时重新计算。
这样可以节省计算时间，并且使代码更清晰易读。
5. 合理利用MATLAB的并行计算能力MATLAB具有并行计算的能力，可以利用多核处理器的计算能力来加速计算过程。
通过使用parfor循环替代普通的for循环，以及使用parallel computing toolbox中的函数，可以将代码并行化。
这样可以将计算任务拆分为多个子任务，并同时在多个处理器上执行，从而提高编程效率。
6. 使用适当的数据结构选择适当的数据结构对于提高MATLAB编程效率也非常重要。
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
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。
MATLAB算法加速与优化方法
MATLAB算法加速与优化方法引言：MATLAB是一种广泛应用于科学计算、算法开发和数据分析的高级编程语言与环境。
然而，随着问题规模的增加和计算需求的提高，许多MATLAB用户会面临代码效率低下的问题。
为了克服这个挑战，并更好地利用MATLAB的强大功能，本文将介绍一些MATLAB算法加速和优化的方法。
一、向量化操作在MATLAB中，向量化操作是一种重要的优化策略。
通过使用向量和矩阵运算，可以避免使用循环结构，从而显著提高算法的运行速度。
例如，考虑对一个向量进行平方操作。
传统的方法是通过循环遍历元素并进行平方运算，而向量化操作可以通过使用MATLAB提供的元素级操作函数significantly improve the efficiencyof your code.二、矩阵预分配另一个常见的MATLAB算法优化问题是矩阵或数组的动态增长。
当我们使用类似于for循环的结构将元素添加到矩阵或数组中时，MATLAB会频繁地重新分配内存，从而导致效率低下。
为了解决这个问题，我们可以通过预分配矩阵或数组的大小来避免内存重新分配。
预先知道矩阵或数组的最大大小，并将其初始化为适当的大小，可以显著提高代码的运行速度。
三、并行计算通过利用多核处理器和并行计算技术，可以进一步加速MATLAB算法的运行速度。
MATLAB提供了Parallel Computing Toolbox，其中包含一系列的并行计算工具和函数。
通过将代码并行化，可以将计算任务分配给多个处理器，并同时执行这些任务，从而提高整体的计算效率。
在实现并行计算时，应注意避免数据依赖和数据竞争问题，以确保正确的结果。
四、内存管理在MATLAB中，内存管理是一项关键的优化策略。
过多的内存使用和频繁的内存分配和释放操作会影响代码的运行效率。
为了最大限度地减少内存的使用，我们可以使用存储器重用和数据复制来优化代码。
存储器重用是指尽量减少对临时变量的使用，从而减少内存分配和释放的次数。
matlab程序优化的常用方法
matlab程序优化的常用方法MATLAB是一款广泛应用于科学计算和工程计算的软件。
由于其灵活性和易用性，可以用于许多领域的研究，如信号处理、图像处理、数值计算、控制系统等。
但是，随着数据量和问题复杂度的增加，MATLAB程序的运行效率会变得越来越低，这时需要使用一些优化方法来提高程序的性能。
以下是MATLAB程序优化的常用方法：1. 向量化：MATLAB是一种向量化的语言，使用向量化的操作可以极大地提高程序的性能。
向量化可以避免使用循环，减少 MATLAB 内置函数的调用次数，从而提高程序的效率。
例如，使用矩阵运算来代替循环，使用向量化的函数来代替 for 循环等。
2. 预分配：在运行一个循环时，MATLAB 会动态分配内存来存储结果。
如果在循环中多次分配内存，程序的运行时间会很慢。
因此，在循环之前预分配足够的内存是非常重要的。
可以使用 MATLAB 的函数repmat, zeros 或 ones 来预分配内存。
3. 函数调用：MATLAB 的函数调用很方便，但是，函数调用也会带来一定的开销。
因此，减少函数调用次数可以提高程序的效率。
可以将一些简单的操作放在主程序中，而不是使用函数来实现。
4. 编译程序：MATLAB的编译器可以将MATLAB代码编译成本地机器代码，从而提高程序的执行速度。
可以使用 MATLAB 的编译器将程序编译成可执行文件或者 MEX 文件。
5. 矩阵分解：在大规模矩阵计算中，矩阵分解可以大大提高程序的效率。
常用的矩阵分解方法包括奇异值分解（SVD）、QR 分解、LU 分解等。
6. 并行计算：MATLAB支持并行计算，可以使用并行计算工具箱来将计算分配到多个 CPU 或 GPU 上，从而提高程序的效率。
7. 代码优化工具：MATLAB的代码优化工具可以帮助识别并提高程序性能问题，可以使用优化工具箱中的函数来诊断 MATLAB 代码的性能问题，从而找到性能瓶颈并优化代码。
综上所述，以上是MATLAB程序优化的常用方法，通过优化程序可以提高程序的性能和效率，使得程序在处理大量数据和复杂问题时更加高效。
matlab最优化算法
matlab最优化算法Matlab最优化算法最优化算法是一种通过数学模型和计算方法来寻找最佳解的技术。
在工程和科学领域中，我们经常需要解决各种问题，如寻找最小化误差的参数、最大化效益或最小化成本的决策等。
Matlab是一款强大的数值计算软件，其中包含了许多用于解决最优化问题的算法。
Matlab提供了多种最优化算法，可以根据具体问题的特点选择最适合的算法。
下面将介绍几种常用的Matlab最优化算法。
1. 无约束优化算法：无约束优化算法用于在没有约束条件的情况下寻找最优解。
其中，最常用的算法是“fminunc”。
该算法使用了牛顿法或拟牛顿法，通过逐步迭代来寻找最小值。
在使用该算法时，我们需要提供一个初始点，并指定优化目标函数。
2. 线性规划算法：线性规划算法是一类特殊的最优化算法，用于求解线性目标函数在线性约束条件下的最优解。
Matlab中提供了“linprog”函数来实现线性规划算法。
该函数使用了单纯形法或内点法来求解最优解。
3. 二次规划算法：二次规划算法用于求解二次目标函数在线性约束条件下的最优解。
Matlab中的“quadprog”函数可以实现二次规划算法。
该函数使用了内点法或信赖域反射法来求解最优解。
4. 非线性规划算法：非线性规划算法用于求解非线性目标函数在约束条件下的最优解。
Matlab中的“fmincon”函数可以实现非线性规划算法。
该函数使用了积极集法或内点法来求解最优解。
5. 全局优化算法：全局优化算法用于在多个局部最优解中寻找全局最优解。
Matlab中的“fminsearch”函数可以实现全局优化算法。
该函数使用了模拟退火法或遗传算法来求解最优解。
以上只是介绍了几种常用的Matlab最优化算法，实际上Matlab 还提供了许多其他算法，如遗传算法、模拟退火法、粒子群优化等。
在选择最优化算法时，我们需要考虑问题的特点、约束条件以及算法的求解效率等因素。
Matlab最优化算法是一种强大的工具，可以帮助我们解决各种优化问题。
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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。
源程序如下：function zy_x=di2titidu(x)%该函数用来解大作业第二题。
x0=x; yimuxulong=1e-5; k=0; g0=g(x0); s0=-g0;while k>=0if norm(g0)<yimuxulongbreak;elselanmed=10;c=0.1;i=0;while i>=0&i<100x=x0+lanmed*s0;if f(x)>(f(x0)+c*lanmed*g0'*s0)lanmed=lanmed/2;i=i+1;elsebreak;endendx=x0+lanmed*s0;x0=x;g0=g(x);s0=-g0;k=k+1;endendzy_x=x;zyj=f(x);fprintf('after %d iterations,obtain the optimal solution.\n\nThe optimal solution is %f.\n\n The optimal "x" is "ans".\n',k,zyj);function f=f(x)x1=[1 0 0 0]*x;x2=[0 1 0 0]*x;x3=[0 0 1 0]*x;x4=[0 0 0 1]*x;f=(x1-1)^2+(x3-1)^2+100*(x2-x1^2)^2+100*(x4-x3^2)^2;function g=g(x)x1=[1 0 0 0]*x;x2=[0 1 0 0]*x;x3=[0 0 1 0]*x;x4=[0 0 0 1]*x;g=[2*(x1-1)-400*x1*(x2-x1^2);200*(x2-x1^2);2*(x3-1)-400*x3*(x4-x3^2);200*( x4-x3^2)];>> x=[-1.2 1 -1.2 1]';>> di2titidu(x)after 5945 iterations,obtain the optimal solution.The optimal solution is 0.000000.The optimal "x" is "ans".ans =1.00001.00001.00001.00002.牛顿法源程序如下：function zy_x=di2tinewton(x)%该函数用来解大作业第二题。
x0=x; yimuxulong=1e-5; k=0;g0=g(x0); h0=h(x0);s0=-inv(h0)*g0;while k>=0&k<1000if norm(g0)<yimuxulongbreak;elsex=x0+s0;x0=x;g0=g(x);h0=h(x);s0=-inv(h0)*g0;k=k+1;endendzy_x=x;zyj=f(x);fprintf('after %d iterations,obtain the optimal solution.\n\nThe optimal solution is %f.\n\n The optimal "x" is "ans".\n',k,zyj);function f=f(x)x1=[1 0 0 0]*x;x2=[0 1 0 0]*x;x3=[0 0 1 0]*x;x4=[0 0 0 1]*x;f=(x1-1)^2+(x3-1)^2+100*(x2-x1^2)^2+100*(x4-x3^2)^2;function g=g(x)x1=[1 0 0 0]*x;x2=[0 1 0 0]*x;x3=[0 0 1 0]*x;x4=[0 0 0 1]*x;g=[2*(x1-1)-400*x1*(x2-x1^2);200*(x2-x1^2);2*(x3-1)-400*x3*(x4-x3^2);200*( x4-x3^2)];function h=h(x)x1=[1 0 0 0]*x;x2=[0 1 0 0]*x;x3=[0 0 1 0]*x;x4=[0 0 0 1]*x;h=[2+1200*x1^2-400*x2 -400*x1 0 0;-400*x1 200 0 0;0 02+1200*x3^2-400*x4 -400*x3;0 0 -400*x3 200];代入初始值，运行结果如下：>> x=[-1.2 1 -1.2 1]';>> di2tinewton(x)after 6 iterations,obtain the optimal solution.The optimal solution is 0.000000.The optimal "x" is "ans".ans =1.00001.00001.00001.0000可以看出，用Newton法经过6次迭代就能求出最优解。
3.BFGS法源程序如下：function zy_x=di2tiBFGS(x)%该函数用来解大作业第二题。
x0=x; yimuxulong=1e-5; k=0;g0=g(x0); H0=eye(4);s0=-H0*g0;while k>=0&k<100if norm(g0)<yimuxulongbreak;elselanmed=10;c=0.1;i=0;while i>=0&i<100x=x0+lanmed*s0;if f(x)>(f(x0)+c*lanmed*g0'*s0)lanmed=lanmed/2;i=i+1;elsebreak;endendx=x0+lanmed*s0;dete_x=x-x0;dete_g=g(x)-g0;miu=1+dete_g'*H0*dete_g/(dete_x'*dete_g);H=H0+(miu*dete_x*dete_x'-H0*dete_g*dete_x'-dete_x*dete_g'*H0)/(dete_x'*det e_g);s=-H*g(x);x0=x;s0=s;H0=H;g0=g(x);k=k+1;endendzy_x=x;zyj=f(x);fprintf('after %d iterations,obtain the optimal solution.\n\nThe optimalsolution is %f.\n\n The optimal "x" is "ans".\n',k,zyj);function f=f(x)x1=[1 0 0 0]*x;x2=[0 1 0 0]*x;x3=[0 0 1 0]*x;x4=[0 0 0 1]*x;f=(x1-1)^2+(x3-1)^2+100*(x2-x1^2)^2+100*(x4-x3^2)^2;function g=g(x)x1=[1 0 0 0]*x;x2=[0 1 0 0]*x;x3=[0 0 1 0]*x;x4=[0 0 0 1]*x;g=[2*(x1-1)-400*x1*(x2-x1^2);200*(x2-x1^2);2*(x3-1)-400*x3*(x4-x3^2);200*( x4-x3^2)];代入初始值，计算结果如下：>> x=[-1.2 1 -1.2 1]';>> di2tiBFGS(x)after 53 iterations,obtain the optimal solution.The optimal solution is 0.000000.The optimal "x" is "ans".ans =1.00001.00001.00001.0000第三题1.惩罚函数法源程序如下：function zy_x=di3ti(x)%该函数用来解大作业第三题。
x0=x; M=100; c=4; m=1;while m>0g0=g(x0,M); yimuxulong=1e-5;k=0;s0=-inv(H(x0,M))*g0;while k>=0if norm(g0)<yimuxulongbreak;elsex=x0+s0; %牛顿法；x0=x;g0=g(x,M);s0=-inv(H(x0,M))*g0;k=k+1;endendif max([abs(h(x)),g1(x),g2(x),g3(x)])<0.5break;elseM=M*c;m=m+1;endendzy_x=x;zyj=f(x);fprintf('after %d iterations,obtain the optimal solution.\n\nThe optimal solution is %f.\n\n The optimal "x" is "ans".\n',m,zyj);function F=F(x,M)x1=[1 0]*x;x2=[0 1]*x;F=4*x1-x2^2-12+M*(h^2+g1^2+g2^2+g3^2);function g=g(x,M)x1=[1 0]*x;x2=[0 1]*x;g=[4+M*(-4*(25-x1^2-x2^2)*x1+2*(10*x1-x1^2+10*x2-x2^2-34)*(10-2*x1)+2* x1);-2*x2+M*(-4*(25-x1^2-x2^2)*x2+2*(10*x1-x1^2+10*x2-x2^2-34)*(10-2*x2 )+2*x2)];function H=H(x,M)x1=[1 0]*x;x2=[0 1]*x;H=[M*(24*x1^2-120*x1+8*x2^2-40*x2+238),M*(16*x1*x2-40*x1-40*x2+200); M*(16*x1*x2-40*x1-40*x2+200),-2+M*(24*x2^2-120*x2+8*x1^2-40*x1+238)]; function f=f(x)x1=[1 0]*x;x2=[0 1]*x;f=4*x1-x2^2-12;function h=h(x)x1=[1 0]*x;x2=[0 1]*x;h=25-x1^2-x2^2;function g1=g1(x)x1=[1 0]*x;x2=[0 1]*x;g=10*x1-x1^2+10*x2-x2^2-34;if g<0g1=g;elseg1=0;endfunction g2=g2(x)x1=[1 0]*x;x2=[0 1]*x;if x1>=0g2=0;elseg2=x1;endfunction g3=g3(x)x1=[1 0]*x;x2=[0 1]*x;if x2>=0g3=0;elseg3=x2;end代入任意初始值，运算结果如下。