ALGORYTMY OPTYMALIZACJI wyklad 1.nb 1. Wykład 1

Podobne dokumenty
ALGORYTMY OPTYMALIZACJI wyklad 3.nb 1. Wykład 3. Sformułujemy teraz warunki konieczne dla istnienia rozwiązań zagadnienia optymalizacyjnego:

ZAGADNIENIA PROGRAMOWANIA LINIOWEGO

Definicja problemu programowania matematycznego

Programowanie celowe #1

PROGRAMOWANIE NIELINIOWE

ZASTOSOWANIE PROGRAMOWANIA LINIOWEGO W ZAGADNIENIACH WSPOMAGANIA PROCESU PODEJMOWANIA DECYZJI

Definicja pochodnej cząstkowej

ZAGADNIENIE TRANSPORTOWE

Algebra liniowa. Macierze i układy równań liniowych

Programowanie liniowe

Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Zarządzania. Optymalizacja

Metoda graficzna może być stosowana w przypadku gdy model zawiera dwie zmienne decyzyjne. Metoda składa się z dwóch kroków (zobacz pierwszy wykład):

3. FUNKCJA LINIOWA. gdzie ; ół,.

Programowanie nieliniowe. Badania operacyjne Wykład 3 Metoda Lagrange a

Programowanie liniowe

Elementy Modelowania Matematycznego

Elementy Modelowania Matematycznego Wykład 7 Programowanie nieliniowe i całkowitoliczbowe

Programowanie liniowe

1 Pochodne wyższych rzędów

1 Funkcje dwóch zmiennych podstawowe pojęcia

Metoda Karusha-Kuhna-Tuckera

1.UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

Elementy Modelowania Matematycznego

Wykład 7. Informatyka Stosowana. Magdalena Alama-Bućko. 16 kwietnia Magdalena Alama-Bućko Wykład 7 16 kwietnia / 23

MATeMAtyka zakres rozszerzony

Ekonometria - ćwiczenia 10

POD- I NADOKREŚLONE UKŁADY ALGEBRAICZNYCH RÓWNAŃ LINIOWYCH

Egzamin ustny z matematyki semestr II Zakres wymaganych wiadomości i umiejętności

FUNKCJA LINIOWA, OKRĘGI

Zadania 1. Czas pracy przypadający na jednostkę wyrobu (w godz.) M 1. Wyroby

2. Definicja pochodnej w R n

1 Układy równań liniowych

Funkcja kwadratowa. f(x) = ax 2 + bx + c = a

Badania Operacyjne Ćwiczenia nr 2 (Materiały)

Programowanie liniowe. Tadeusz Trzaskalik

KADD Metoda najmniejszych kwadratów funkcje nieliniowe

IX. Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych. 1. Funkcja dwóch i trzech zmiennych - pojęcia podstawowe. - funkcja dwóch zmiennych,

Zadanie transportowe i problem komiwojażera. Tadeusz Trzaskalik

PROGRAMOWANIE KWADRATOWE

Estymacja w regresji nieparametrycznej

LUBELSKA PRÓBA PRZED MATURĄ

SVM: Maszyny Wektorów Podpieraja cych

ESTYMACJA PRZEDZIAŁOWA WYBRANYCH PARAMETRÓW

Wykład Matematyka A, I rok, egzamin ustny w sem. letnim r. ak. 2002/2003. Każdy zdający losuje jedno pytanie teoretyczne i jedno praktyczne.

5. Rozwiązywanie układów równań liniowych

1 Przykładowe klasy zagadnień liniowych

ROZWIĄZYWANIE UKŁADÓW RÓWNAŃ NIELINIOWYCH PRZY POMOCY DODATKU SOLVER PROGRAMU MICROSOFT EXCEL. sin x2 (1)

wszystkich kombinacji liniowych wektorów układu, nazywa się powłoką liniową uk ładu wektorów

Rozwiązanie Ad 1. Model zadania jest następujący:

Pakiet edukacyjny do nauki przedmiotów ścisłych i kształtowania postaw przedsiębiorczych

Funkcja kwadratowa. f(x) = ax 2 + bx + c,

II. FUNKCJE WIELU ZMIENNYCH

Wykład 14. Elementy algebry macierzy

Metody iteracyjne rozwiązywania układów równań liniowych (5.3) Normy wektorów i macierzy (5.3.1) Niech. x i. i =1

KADD Minimalizacja funkcji

Zadanie 3. Na prostej o równaniu y = 2x 3 znajdź punkt P, którego odległość od punktu A = ( 2, -1 ) jest najmniejsza. Oblicz AP

Wymagania edukacyjne z matematyki klasa II technikum

Rozkłady wielu zmiennych

ROZWIĄZYWANIE RÓWNAŃ NIELINIOWYCH

FUNKCJA LINIOWA, RÓWNANIA I UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

Badanie funkcji. Zad. 1: 2 3 Funkcja f jest określona wzorem f( x) = +

Skrypt 10. Funkcja liniowa. Opracowanie L Równanie pierwszego stopnia z dwiema niewiadomymi.

Wielokryteriowa optymalizacja liniowa

doc. dr Beata Pułska-Turyna Zarządzanie B506 mail: mgr Piotr J. Gadecki Zakład Badań Operacyjnych Zarządzania B 505.

Metody numeryczne Wykład 4

Zad. 8(3pkt) Na podstawie definicji wykaż, że funkcja y=

Programowanie liniowe

4. PROGRAMOWANIE LINIOWE

Plan wykładu. Przykład. Przykład 3/19/2011. Przykład zagadnienia transportowego. Optymalizacja w procesach biznesowych Wykład 2 DECYZJA?

Pochodne cząstkowe i ich zastosowanie. Ekstrema lokalne funkcji

KADD Minimalizacja funkcji

Przedmiotowy system oceniania wraz z określeniem wymagań edukacyjnych klasa druga zakres rozszerzony

Elementy statystyki wielowymiarowej

ZAGADNIENIA PROGRAMOWE I WYMAGANIA EDUKACYJNE DO TESTU PRZYROSTU KOMPETENCJI Z MATEMATYKI DLA UCZNIA KLASY II

Wykład 7. Opis współzaleŝności zjawisk. 1. Wprowadzenie.

Model odpowiedzi i schemat oceniania do arkusza II

FUNKCJE I RÓWNANIA KWADRATOWE. Lekcja 78. Pojęcie i wykres funkcji kwadratowej str

Koszt literału (literal cost) jest określony liczbą wystąpień literału w wyrażeniu boolowskim realizowanym przez układ.

TOZ -Techniki optymalizacji w zarządzaniu

Matura z matematyki?- MATURALNIE, Ŝe ZDAM! Zadania treningowe klasa I III ETAP

Funkcja jednej zmiennej - przykładowe rozwiązania 1. Badając przebieg zmienności funkcji postępujemy według poniższego schematu:

PLAN WYNIKOWY DLA KLASY DRUGIEJ POZIOM PODSTAWOWY I ROZSZERZONY. I. Proste na płaszczyźnie (15 godz.)

Optymalizacja procesów technologicznych przy zastosowaniu programowania liniowego

Liniowe Zadanie Decyzyjne model matematyczny, w którym zarówno funkcja celu jak i warunki

Kształcenie w zakresie podstawowym. Klasa 2

WYKŁAD 9 METODY ZMIENNEJ METRYKI

ROZKŁAD MATERIAŁU DO II KLASY LICEUM (ZAKRES ROZSZERZONY) A WYMAGANIA PODSTAWY PROGRAMOWEJ.

Układy równań nieliniowych (wielowymiarowa metoda Newtona-Raphsona) f(x) = 0, gdzie. dla n=2 np.

Zagadnienie transportowe (badania operacyjne) Mgr inż. Aleksandra Radziejowska AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Programowanie liniowe metoda sympleks

Kurs ZDAJ MATURĘ Z MATEMATYKI MODUŁ 5 Zadania funkcje cz.1

Rozwiazywanie układów równań liniowych. Ax = b

Funkcja liniowa - podsumowanie

Geometria analityczna

Document: Exercise*02*-*manual /11/ :31---page1of8 INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 2

FIGURY I PRZEKSZTAŁCENIA GEOMETRYCZNE

Funkcje wymierne. Funkcja homograficzna. Równania i nierówności wymierne.

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 1

Badania Operacyjne Ćwiczenia nr 1 (Materiały)

Funkcje liniowe i wieloliniowe w praktyce szkolnej. Opracowanie : mgr inż. Renata Rzepińska

Transkrypt:

ALGORYTMY OPTYMALIZACJI wyklad.nb Wykład. Sformułowanie problemu optymalizacyjnego Z ksiąŝki Practical Optimization Methods: With Mathematica Applications by: M.A.Bhatti, M.Asghar Bhatti ü Przykład. (Zagadnienie transportowe) Przedsiębiorstwo dostarcza towary spoŝywcze do duŝego sklepu spoŝywczego. Sklep zgłasza zapotrzebowanie na co najmniej 50 m 3 mroŝonek i 30 m 3 świeŝych produktów. Przedsiębiorstwo dysponuje dwoma typami samochodów, z których kaŝdy ma powierzchnią chłodniczą i powierzchnią do przewozu świeŝych produktów. Pojemności obu typów samochodów (w m 3 ) i zuŝycie paliwa (w litrach) na dojazd do sklepu podane są w tabelce:. pow.chłod. pow.świeŝa zuŝycie Typ I 5 25 300 Typ II 5 0 200 Ile samochodów naleŝy uŝyć, aby zapewnić dostawę produktów przy minimalnych kosztach? ü Przykład 2. (Portfel akcji) Obserwujemy zyski (średnie zyski) w % z akcji A, A 2,..., A r w t okresach czasu. Chcemy skonstruować portfel z tych akcji w taki sposób, aby średni zysk wyniósł co najmniej p % przy minimalizacji ryzyka duŝych strat. Rozwiązać to zagadnienie dla przykładu: miesiąc styc luty marz średnia AKCJE 0 8 3 5 AKCJE 2 6 8 6 AKCJE 3 5 6 5 AKCJE 9 8 5 ü Składniki zadania optymalizacyjnego Aby sformułować zadanie optymalizacyjne naleŝy : ) wybrać zmienne, występujące w zadaniu w przykładzie. zmiennymi są: liczba samochodów typu I Hx L i liczba samochodów typu II Hx 2 L; w przykładzie 2. zmiennymi są frakcje akcji w portfelu Hx, x 2,..., x r L

ALGORYTMY OPTYMALIZACJI wyklad.nb 2 2) określić funkcję celu, która wyraŝa wielkość, którą chcemy minimalizować (maksymalizować) w przykładzie. funkcja celu wyraŝa zuŝycie paliwa; w przykładzie 2. funkcja celu opisuje ryzyko duŝych strat 3) podać ograniczenia typu nierówności w przykładzie. ograniczeniami typu nierówności są: warunki określajace minimalne wielkości dostawy mroŝonek i świeŝych produktów i nieujemność liczby samochodów I i II typu; w przykładzie 2. oprócz nieujemności zmiennych występuje warunek na osiągnięcie zysku co najmniej p % ) podać ograniczenia typu równości w przykładzie. takie ograniczenia nie występują w przykładzie 2. suma frakcji musi być równa (w portfelu są wyłącznie akcje spośród wymienionych rodzajów) Obszar, spełniający wszystkie ograniczenia i mieszczący się w dziedzinie funkcji celu nazywamy obszarem dopuszczalnym. Zapiszemy treść obu przykładów w postaci zadań optymalizacyjnych. ü Przykład. (c.d.) Zmienne: x - liczba samochodów typu I, x 2 - liczba samochodów typu II; zmienne powinny przyjmować wartości całkowite; Funkcja celu: fhx, x 2 L = 300 x + 200 x 2, f = min!; Ograniczenia typu nierówności: 5 x + 5 x 2 50, (dostawa mroŝonek) 25 x + 0 x 2 30, (dostawa produktów świeŝych) x 0, x 2 0 ü Przykład 2. (c.d.) Zmienne: x, x 2,..., x r - frakcje akcji w portfelu. Oznaczmy x=hx, x 2,..., x r L T Funkcja celu: W tym przypadku określenie funkcji celu będzie wymagało pewnych rachunków. Zapiszmy dane o zyskach z akcji w postaci macierzy A : i j k a a 2... a t a 2 a 22... a 2 t............ a r a r2... a rt gdzie element a ij oznacza zyski z akcji "AKCJA i" w okresie j. Oznaczmy przez m wektor wartości średnich dla akcji za analizowany okres. Łatwo wyrazić m poprzez A: m = ÅÅÅÅ t A t T, gdzie t jest wektorem, składającym się z t jedynek. ZauwaŜmy, Ŝe liczba x a + x 2 a 2 +... + x r a r jest oczekiwanym zyskiem przy zastosowaniu portfela x w pierwszym okresie. Podobnie, liczba x a 2 + x 2 a 22 +... + x r a r2 jest oczekiwanym zyskiem przy zastosowaniu portfela x w drugim okresie. Wektor A T x wyraŝa więc oczekiwane zyski, jakie uzyskiwano w poprzednich t y, z {

ALGORYTMY OPTYMALIZACJI wyklad.nb 3 okresach.gdyby portfel x był stabilny to oczekiwane zyski byłyby stałe w czasie i były równe t m T x. Miarą niestabilności porfela moŝe być kwadrat odległości między tymi wektorami, czyli»» A T x - t m T x»» 2. Po prostych przekształceniach wyraŝenie to jest równe t x T C x, gdzie C = ÅÅÅÅ t HA - m t T L HA T - t m T L jest macierzą kowariancji dla danych w macierzy A.Funkcję celu, którą będziemy minimalizować, jest więc wyraŝenie fhxl = t x T C x. Ograniczenia typu nierówności: Ograniczena typu równości: m T x p, (warunek na minimalny zysk) x 0, x 2 0,..., x r 0 (ograniczenia zakresu) x + x 2 +... + x r = (warunek zupełności portfela) W naszym konkretnym przykładzie liczbowym mamy: i 98 22 3 09 y m =H 5 6 5 L T, C = ÅÅÅÅÅ 22 8-2 26. 3 3-2 2-3 j z k 09 26-3 22 { Zadanie optymalizacyjne będzie postaci fhxl = 3 x T C x = 98 x 2 + x x 2 + 6 x x 3 + 28 x x + +8 x 2 2 - x 2 x 3 + 52 x 2 x + +2 x 3 2-26 x 3 x + +22 x 2 = min! przy ograniczeniach: 5 x + 6 x 2 + 5 x 3 + x 5, x 0, x 2 0, x 3 0, x 0, x + x 2 + x 3 + x = ü Standardowa postać zadania optymalizacyjnego Aby uniknąć wieloznaczności warunków w róŝnych zadaniach optymalizacyjnych, stosuje się standardowy zapis zadania optymalizacyjnego min f(x) g i HxL 0, i =, 2,...,m (ograniczeniale) h j HxL = 0, j =, 2,..., p (ograniczenia EQ) x kl x k x ku, k =, 2,...,n (zakres) Uwaga :Czasami łączy się nierówności zakresu i ograniczeń LE. Uwaga 2: Powinno być p < n. Jeśli p > n to więcej ograniczeń, niŝ zmiennych, jeśli p = n to mamy do czynienia z układem równań n równań z n niewiadomymi i nie jest to istotne zadanie optymalizacyjne Uwaga 3: Zagadnienie na maksimum f(x) daje się sformułować jako zagadnienie minimum funkcji -f(x): fhx 0 L fhxl iff - fhx 0 L - fhxl,

ALGORYTMY OPTYMALIZACJI wyklad.nb Podobnie, nierówności moŝna zamienić na, mnoŝąc obie strony przez -. Po prawej stronie nierówności/równości moŝna wprowadzić 0, przenosząc wszystko na lewą stronę. ü Graficzne rozwiązanie zadania optymalizacyjnego. Zadanie, zawierające dwie zmienne moŝna w przybliŝeniu rozwiązać graficznie. Rysujemy obszary dopuszczalne oraz poziomice funkcji celu. Staramy się zgadnąć połoŝenie minimum na podstawie obserwacji izolinii. ü Przykład. (c.d.) Funkcje g i g 2 są liniowymi ograniczeniami typu nierówność. Obszar dopuszczalny jest przekrojem dwóch hiperpłaszczyzn. Na rysunku strona niezacieniona jest hiperpłaszczyzną dopuszczalną.funkcja celu jest liniowa, więc poziomice są równoległymi prostymi. 0 x 2 8 250. 6 2500. 3370. 620. 2 750. g g 2 0 0 2 6 8 0 x Jak widać z rysunku, poziomica, odpowiadająca minimum funkcji celu zawarta jest między prostymi 300 x + 200 x 2 = 620 i 300 x + 200 x 2 = 2500. Poziomica ta musi przechodzić przez wierzchołek kąta, utworzonego przez proste g = 5 x + 5 x 2 = 50 i g 2 = 25 x + 0 x 2 = 30. Ten punkt przecięcia ma współrzędne (całkowite!) x = 2 i x 2 = 8, co daje rozwiazanie naszego zadania. Wartość minimalna funkcji celu wynosi 2200. 2. Optymalizacja bez ograniczeń O optymalizacji bez ograniczeń mówimy, gdy zbiór ograniczeń (typu LE i EQ) jest pusty. Zadanie optymalizacyjne przybierze prostą postać: f HxL = min! Przypomnimy warunki konieczne i dostateczne istnienia minimum gładkiej funkcji bez ograniczeń.

ALGORYTMY OPTYMALIZACJI wyklad.nb 5 ü 2. Rozkład Taylora ü 2.. Rozkład Taylora funkcji jednej zmiennej Twierdzenie. Dla funkcji jednej zmiennej, mającej w otoczeniu punktu êê x pochodną rzędu k + zachodzi, dla x z otoczenia êê x, toŝsamość: fhxl = fhx êê L + f ' Hx êê L Hx - êê xl + ÅÅÅÅ 2 f '' Hxêê L Hx - êê xl 2 +... + ÅÅÅÅÅ k! f HkL Hx êê L Hx - êê xl k + ÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅÅ Hk+L! f Hk+L Hx 0 L Hx - êê xl k+ Punkt x 0 leŝy między x a êê x. ü Przykład 2. Rozkład Taylora jest dobry jedynie w otoczeniu punktu wokół którego rozwijamy szereg. Rozwińmy funkcję fhxl = x 2 coshxl w otoczeniu punktu ÅÅÅÅ p z dokładnością do wyrazów i 2 stopnia. Pochodne pierwszego i drugiego stopnia wynoszą: f'@xd = 2xCos@xD x 2 Sin@xD, f''@xd = 2Cos@xD x 2 Cos@xD xsin@xd Rozwinięcie Taylora pierwszego i drugiego stopnia w otoczeniu punktu ÅÅÅÅ p ma postać: t @xd = 0.3679 +0.6752 H 0.785398 +xl t 2 @xd = 0.3679 +0.6752 H 0.785398 +xl 0.62703 H 0.785398 +xl 2 0.5-0.5 0.5.5 2