Technika optymalizacji

Podobne dokumenty
min h = x x Algorytmy optymalizacji lokalnej Nieliniowe zadanie optymalizacji bez ograniczeń numeryczne metody iteracyjne optymalizacji x x

Metody optymalizacji nieliniowej (metody programowania nieliniowego) Ewa Niewiadomska-Szynkiewicz Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej

Nieliniowe zadanie optymalizacji bez ograniczeń numeryczne metody iteracyjne optymalizacji

WYKŁAD 5 METODY OPTYMALIZACJI NIELINIOWEJ BEZ OGRANICZEŃ

( ) + ( ) T ( ) + E IE E E. Obliczanie gradientu błędu metodą układu dołączonego

Teoria i metody optymalizacji

M eto dy o p ty m a liza cji

Przegląd metod optymalizacji wielowymiarowej. Funkcja testowa. Funkcja testowa. Notes. Notes. Notes. Notes. Tomasz M. Gwizdałła

Optymalizacja harmonogramów budowlanych - problem szeregowania zadań

PORÓWNANIE WYBRANYCH ALGORYTMÓW OPTYMALIZACJI ROZPŁYWU MOCY W SYSTEMIE ELEKTROENERGETYCZNYM A COMPARISON OF SELECTED OPTIMAL POWER FLOW ALGORITHMS

Optymalizacja harmonogramów budowlanych - problem szeregowania zadań

DRGANIA WŁASNE RAM OBLICZANIE CZĘSTOŚCI KOŁOWYCH DRGAŃ WŁASNYCH

PLAN WYKŁADU OPTYMALIZACJA GLOBALNA ALGORYTM MRÓWKOWY (ANT SYSTEM) ALGORYTM MRÓWKOWY. Algorytm mrówkowy

Zaliczenie wykładu Technika Analogowa Przykładowe pytania (czas zaliczenia minut, liczba pytań 6 8)

BELKI CIĄGŁE STATYCZNIE NIEWYZNACZALNE

Bezgradientowe metody optymalizacji funkcji wielu zmiennych. informacje dodatkowe

PROCENTY, PROPORCJE, WYRAŻENIA POTEGOWE

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ ANALITYCZNĄ

Metody systemowe i decyzyjne w informatyce

wtedy i tylko wtedy, gdy rozwiązanie i jest nie gorsze od j względem k-tego kryterium. 2) Macierz części wspólnej Utwórz macierz

(U.3) Podstawy formalizmu mechaniki kwantowej

Zadania do rozdziału 5

WYKŁAD nr Ekstrema funkcji jednej zmiennej o ciągłych pochodnych. xˆ ( ) 0

Zestaw 12- Macierz odwrotna, układy równań liniowych

Prawdopodobieństwo i statystyka

Grupowanie sekwencji czasowych

Geometria analityczna przestrzeni

4.15 Badanie dyfrakcji światła laserowego na krysztale koloidalnym(o19)

Statystyka i eksploracja danych

Przekształcenie całkowe Fouriera

WYKŁAD 9 METODY ZMIENNEJ METRYKI

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Prawdopodobieństwo i statystyka

MODYFIKACJA KOSZTOWA ALGORYTMU JOHNSONA DO SZEREGOWANIA ZADAŃ BUDOWLANYCH

Macierze. Rozdział Działania na macierzach

ZADANIA OPTYMALIZCJI BEZ OGRANICZEŃ

KADD Minimalizacja funkcji

RACHUNEK PRAWDOPODOBIEŃSTWA WYKŁAD 5.

Programowanie wielocelowe lub wielokryterialne

Mechanika kwantowa ćwiczenia, 2007/2008, Zestaw II

Algebra liniowa z geometrią analityczną

UKŁADY ALGEBRAICZNYCH RÓWNAŃ LINIOWYCH

Optymalizacja ciągła

Zastosowanie informatyki w elektrotechnice

Sterowanie Ciągłe. Używając Simulink a w pakiecie MATLAB, zasymulować układ z rysunku 7.1. Rys.7.1. Schemat blokowy układu regulacji.

Równanie Fresnela. napisał Michał Wierzbicki

Numeryczne metody optymalizacji Optymalizacja w kierunku. informacje dodatkowe

Colloquium 3, Grupa A

Linie wpływu w belkach statycznie niewyznaczalnych

Programowanie wielocelowe lub wielokryterialne

Rozdział 5. Macierze. a 11 a a 1m a 21 a a 2m... a n1 a n2... a nm

ZASADY WYZNACZANIA BEZPIECZNYCH ODSTĘPÓW IZOLACYJNYCH WEDŁUG NORMY PN-EN 62305

WYMAGANIA Z WIEDZY I UMIEJĘTNOŚCI NA POSZCZEGÓLNE STOPNIE SZKOLNE DLA KLASY 3g. zakres rozszerzony

A. Cel ćwiczenia. B. Część teoretyczna

Metody numeryczne. Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych Wydział Elektrotechniki, Informatyki i Telekomunikacji Uniwersytet Zielonogórski

ANALIZA WIELOKRYTERIALNA

Definicja pochodnej cząstkowej

Sygnały stochastyczne

Wstęp do metod numerycznych 11. Minimalizacja: funkcje wielu zmiennych. P. F. Góra

PARAMETRYCZNE ZAGADNIENIE ODWROTNE ODTWARZANIA WŁASNOŚCI FILTRACYJNYCH GRUNTU

1 Metody rozwiązywania równań nieliniowych. Postawienie problemu

Optymalizacja ciągła

DWUPOZIOMOWA METODA WIELOKRYTERIALNEGO STEROWANIA PRZEPŁYWEM PRODUKTÓW

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI METODY WSTECZNEJ

Weryfikacja hipotez statystycznych

ef 3 (dziedzina, dziedzina naturalna) Niech f : A R, gdzie A jest podzbiorem płaszczyzny lub przestrzeni Zbiór A nazywamy dziedziną funcji f i oznacza

Wykład 21: Studnie i bariery cz.1.

ZADANIE 52 INTERFERENCYJNY POMIAR KRZYWIZNY SOCZEWKI (pierścienie Newtona) Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest wyznaczenie, przy znanej długości fali

Dr. inŝ. Ewa Szlachcic Katedra Automatyki, Mechatroniki i Systemów Sterowania. Przykładowe zadania optymalizacji nieliniowej bez ograniczeń

Matematyka dyskretna. Wykład 2: Kombinatoryka. Gniewomir Sarbicki

Wyznaczanie długości fali świetlnej za pomocą spektrometru siatkowego

Pomiary napięć przemiennych

Granica i ciągłość funkcji. 1 Granica funkcji rzeczywistej jednej zmiennej rzeczywistej

Podstawy Automatyki Zbiór zadań dla studentów II roku AiR oraz MiBM

METODA PROJEKTOWANIA REJONU ZMIANY KIERUNKU TRASY KOLEJOWEJ

Wykład VIII Rozwiązywanie równań i układów równań nieliniowych


Analiza numeryczna Lista nr 3 (ćwiczenia) x x 2 n x.

Metoda rozwiązywania układu równań liniowych z symetryczną, nieokreśloną macierzą współczynników ( 0 )

UKŁADY ALGEBRAICZNYCH RÓWNAŃ LINIOWYCH

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

LZNK. Rozkªad QR. Metoda Householdera

Problem komiwojażera ACO. Zagadnienie optymalizacyjne, polegające na znalezieniu minimalnego cyklu Hamiltona w pełnym grafie ważonym.

NUMERYCZNA SYMULACJA STOPNIOWEGO USZKADZANIA SIĘ LAMINATÓW KOMPOZYTOWYCH NUMERICAL SIMULATION OF PROGRESSIVE DAMAGE IN COMPOSITE LAMINATES

długość całkowita: L m moment bezwładności (względem osi y): J y cm 4 moment bezwładności: J s cm 4

Analiza nośności poziomej pojedynczego pala

ANALIZA STATYCZNA i WYMIAROWANIE KONSTRUKCJI RAMY

WYKŁAD 2: CAŁKI POTRÓJNE

Metody Lagrange a i Hamiltona w Mechanice

KOLOKWIUM Z ALGEBRY I R

Analiza B II zadania. cos kx = sin(n x) 2 sin x 2. cos n sin 1 n., tan x, cot x, log sin x, log tan x, 1 + x

Matematyka stosowana i metody numeryczne

Do wprowadzania symboli pochodnych można wykorzystać paletę Calculus lub skróty klawiszowe: SHIFT+? - wprowadza symbol pierwszej pochodnej.

Metoda Runge-Kutta-Fehlberga i sterowanie długością kroku

Modelowanie i obliczenia techniczne. Równania różniczkowe Numeryczne rozwiązywanie równań różniczkowych zwyczajnych

Wstęp do metod numerycznych 12. Minimalizacja: funkcje wielu zmiennych. P. F. Góra

OPTYMALIZACJA PRZEPUSTOWOŚCI SIECI KOMPUTEROWYCH ZA POMOCĄ ALGORYTMÓW GENETYCZNYCH

Redukcja wariancji w metodach Monte-Carlo

Ćw. 5. Badanie ruchu wahadła sprężynowego sprawdzenie wzoru na okres drgań

WB Wieszak Belki DOCISK. 3,26 MPa

Transkrypt:

Algorytmy bezgraientowe Algorytmy optymalizacji loalnej c. Nieliniowe zaanie optymalizacji statycznej bez ograniczeń - nieliniowe algorytmy optymalizacji loalnej c. r inŝ. Ewa Szlachcic Wyział Eletronii Kierune: Eletronia III r. Algorytm Neler a-meae a Matlab - uncja search Algorytm auss a-seil a Algorytm Powella Algorytm Zangwilla Algorytmy graientowe Algorytm najwięszego spau Zmoyiowany algorytm Newtona Algorytm Fletchera-Reeves a Algorytm Polaa-Ribiery Algorytm Fletchera-Powella-Daviona Matlab wersja metoy Quasi-Newton - uncja unc Metoa auss a-seiel a "punty.at" ***.5***--.5 - - - - -3 a metoa jest stosowana la uncji tórych poziomice mają ształt wąsich olin. MoŜna zięi niej uzysać znaczną poprawę szybości zbieŝności w stosunu o metoy aussa-seila. Moyiacja ierunu poszuiwań następuje tu w wyniu wprowazania o bazy ortogonalnej ierunów sprzęŝonych o juŝ istniejących. Do istniejącej bazy wprowaza się ieruni sprzęŝone co obieg czyli po imalizacji wzłuŝ n ierunów obowiązującej bazy. Wyres warstwic -.5.5 4 6 8-468 - uncji.5.5.5 3 3.5 4-4 PoniewaŜ ieruni wzajemnie sprzęŝone są liniowo niezaleŝne w metozie Powella zachowany pozostaje warune jenoznaczności przeształcenia bazy ierunów poszuiwań. Dzięi temu mamy pewność iŝ nie nastąpi reucja wymiarowości bazy co prowaziłoby o niezbieŝności metoy. Dla j...n obliczamy λ j imalizujące j oraz współrzęne puntu j j- λ j j Wyznaczamy słaowe ierunu sprzęŝonego zgonie ze wzorem : n n n 3 Oreślamy λ imalizujące n wzłuŝ nowego ierunu n oraz wyznaczamy współrzęne nowego puntu startowego n n λ n "punty.at" ***.5***--.5 ^- - - - 4 Doonujemy moyiacji ierunów poszuiwań zgonie z zasaą r r la r.. n Czynności o rou o 4 powtarzamy aŝ spełnione zostanie ryterium na imum. -.5.5 4 6 8-468 - Wyres warstwic uncji.5.5.5 3 3.5 4-3 -4

Algorytm Neler a- Meae a algorytm symplesu NM la zaań bez ograniczeń Algorytm Comples la zaań z ograniczeniami Simples w n-wymiarowej przestrzeni jest zbiorem n lub n puntów wielościanem o nn wierzchołach. Metoa sprawza się obrze nawet la mocno nieliniowych uncji jena wymaga sporych nałaów pracy numerycznej szczególne przy uŝej liczbie zmiennych ecyzyjnych. Ogólny schemat algorytmu: Utworzyć simples o n lub n wierzchołach i wartości uncji w wierzchołach Obliczyć śroe symetrii symplesu z wyłączeniem puntu oraz wartość uncji w tym puncie n i Zastosować operacje: i n Operacja obicia n Operacja espansji Operacja ontracji Operacja zmniejszania Operacja obicia: naleŝy wyznaczyć nowy punt: jeśli: o α laα i o > NaleŜy wyznaczyć nowy simples z uŝyciem o w miejsce Operacja espansji: naleŝy wyznaczyć nowy punt: e o γ gy < laγ Operacja ontracji: naleŝy wyznaczyć nowy punt: o i i ρ gy la laρ / Operacja zmniejszanie: la wierzchołów i naleŝy wyznaczyć nowe współrzęne i i σ lai {... n } σ / LEMA. Niech : X R n R ZałóŜmy Ŝe istnieje la tórego: Metoy graientowe Metoa najwięszego spau NS jest to metoa graientowa tóra pozwala szuać imum róŝniczowalnej uncji nieliniowej. bęzie uncją róŝniczowalną w puncie < Wówczas istnieje taie σ > Ŝe la wszystich τ σ ] zachozi τ <. X Schemat algorytmu optymalizacji loalnej bez ograniczeń Wybierz punt startowy. Oblicz wartość uncji oraz jeŝeli jest to wymagane to jej graient czy hesjan H 3 Zbaaj przyjęte ryterium zbieŝności. Jeśli ryterium jest spełnione to oniec algorytmu uzysano rozwiązanie optymalne i optymalną wartość uncji celu JeŜeli nie to przejź o 4 4 Wyznacz ustalony ierune poszuiwań : 5 Wyonaj imalizację ierunową wybraną metoą: 6 Postaw i przejź o oraz Algorytm obliczeń metoa NS Wybierz punt startowy o. Oblicz wartość uncji oraz jej graient Zbaaj ryterium zbieŝności: czyli ε 3 Wyznacz ierune poszuiwań : 4 Wyonaj imalizację ierunową wybraną metoą: 5 Postaw oraz i powtórz gzie ε δ] np.: ε 6 Jeśli ta to oniec jeśli nie to przejź o 3

Algorytm bisecji z testem wusośnym olstein a algorytm graientowy Do imalizacji w ierunu zastosowano graientowy algorytm bisecji z testem wusośnym olstein a : Do wyszuania puntów spełniających test wusośny olsteina stosuje się algorytm bisecji: Oblicz pochoną w ierunu p o oraz współczynni rou τ R > tai Ŝe τ R < Wyznacz τ τl τr. Oblicz τ. 3 Jeśli τ < pτ to postaw τ L i przejź o rou w przeciwnym razie przejź o rou 4 4 Jeśli τ > pτ to postaw τ R i przejź o rou w przeciwnym przypau oniec. Działanie algorytmu bisecji z testem wusośnym olstein'a la uncji: Pochona w ierunu zatem mamy: p o 6 punt początowy [ ] ierune [ ] współczynni testu początowa wartość współczynnia rou τ R 9 ołaność la testu ε 5 5 la [ ] 6 4 [ 6] Otrzymujemy wartość pochonej p: o p [ 6 ] 6 Obliczamy τ τl τr oraz τ. τ τr 9 45 τ 45 5-7 - 675 3 JeŜeli to postaw τ < pτ τ L i przejź o rou. W przeciwnym wypau przejź o rou 4 Przechozimy o rou 3 it. sprawzamy: -675 <? NIE 6 6 45 6 Przechozimy o rou 4

4 JeŜeli to postaw τ > pτ τ R i przejź o rou. W przeciwnym wypau KONIEC 8 sprawzamy: -675 >? AK 6 4 45 i przechozimy o rou DRUA IERACJA... Po trzeciej iteracji otrzymujemy wyni τ3375 Działanie algorytmu najwięszego spau la uncji: punt początowy [ 3] współczynni testu 4 początowa wartość współczynnia rou τ R Kolejno poane są punty wyznaczone za pomocą algorytmu najszybszego spau la uncji: [3] 5 [] [.5.5].5 3 [.55] 3.5 4 [.5.5] 4.65 it. Funcja celu I ta olejno aŝ o momentu gy zostanie spełniony warune 3 ε np. : ε a uzysano rozwiązanie optymalne [] i. M Kolejne iteracje metoy najwięszego spau NS e i Metoa aussa-seila barzo wolna zbieŝność liniowa Metoa najwięszego spau zbieŝność liniowa 5 3 ^ 4 H H { h } Metoa Newtona zbieŝna waratowo ale osztowna i nie zawsze stabilna ij i j i j {... n} Najeetywniejsze są tzw. metoy quasi-newtonowsie w tórych w olejnych iteracjach onstruuje się przybliŝenie owrotności hesjanu. M

Wyzia Eletronii stuia I st. Kieruni poszuiwań la meto graientowych. Metoa Pola a-ribier y: Wyznacz ierune sprzęŝony gzie: DFP moyiacja macierzy polegająca na oawaniu w aŝej olejnej iteracji o atualnej macierzy czynnia powoującego ąŝenie macierzy o macierzy H -. A ><. Metoa Fletcher a-reeves a Wyznacz ierune sprzęŝony gzie: 3. Metoa Davion a-fletcher a-powell a DFP Wyzia Eletronii stuia I st. Metoy Quasi-Newtonowsie metoy przybliŝające wartość hesjanu 4. Metoa royen-fletcher-olarb-shanno FS Atualizacja rozwiązania: gzie: H I I gzie:. Właściwości metoy: ra operacji owracania macierzy hesjanu liso rozwiązania optymalnego obra zbieŝność Na początu obliczeń zbieŝność słaba słabe jest przybliŝenie hesjanu PrzybliŜenie hesjanu w aŝej iteracji polepsza się. H Dla