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机械优化作业
机械优化设计报告
二次规划法
班级:信息计算111802班
姓名: 甘金宝
学号:201118030202
一、绪论
二次规划是非线性规划中的一类特殊数学规划问题,在很多方面都有应用,如投资组合、约束最小二乘问题的求解、序列二次规划在非线性优化问题中应用等。在过去的几十年里,二次规划已经成为运筹学、经济数学、管理科学、系统分析和组合优化科学的基本方法。
二次规划的一般形式可以表示为,如下图,其中G是Hessian矩阵,τ是有限指标集,c,x和{ai},都是R中的向量。如果Hessian矩阵是半正定的,则我们说(1.1)是一个凸二次规划,在这种情况下该问题的困难程度类似于线性规划(如果=0,二次规划问题就变成线性规划问题了)。如果有至少一个向量满足约束并且在可行域有下界,则凸二次规划问题就有一个全局最小值。如果是正定的,则这类二次规划为严格的凸二次规划,那么全局最小值就是唯一的。如果是一个不定矩阵,则为非凸二次规划,这类二次规划更有挑战性,因为它们有多个平稳点和局部极小值点。
二、算法理论
二次规划是非线性优化中的一种特殊情形, 它的目标函数是二次实函数, 约
束函数都是线性函数. 由于二次规划比较简单, 便于求解(仅次于线性规划), 并且一些非线性优化问题可以转化为求解一系列的二次规划问题, 因此二次规划的求解方法较早引起人们的重视,成为求解非线性优化的一个重要途径. 二次规划的算法较多, 本论文仅介绍求解一般约束凸二次规划的有效集方法.
考虑一般二次规划
有效集方法的最大难点是事先一般不知道有效集, 因此只有想办法构造一个集合序列去逼近它. 即从初始点出发, 计算有效集, 解对应的等式约束子问题. 重复这一做法, 得到有效集序列, , 使之, 以获得原问题的最优解.
我们分六步来介绍有效集方法的算法原理和实施步骤.
第一步 选定初始值. 给定初始可行点,令。
第二步 求解子问题. 确定相应的有效集,求解子问题
得到极小点和拉格朗日乘子向量。若转入步三;否则转步二。
第三步检验终止准则.计算拉格朗日乘子 其中,令。若,则是全局极小点,停算。否则若,则令,转步一。
第四步 确定步长. 令,其中,其中。令。
第五步 若,则令,否则,若,则令,其中满足。
第六步 令,返回第一步。
三、算法框图
四、算法程序
function [x,lamk,exitflag,output]=qpact(H,c,Ae,be,Ai,bi,x0)
%功能: 用有效集方法解一般约束二次规划问题:
% min f(x)=0.5*x’*H*x+c’*x,
% s.t. a’˙i*x-b˙i=0,(i=1,...,l),
% a’˙i*x-b˙i?=0,(i=l+1,...,m)
%输入: x0是初始点, H, c分别是目标函数二次型矩阵和向量;
% Ae=(a˙1,...,a˙l)’, be=(b˙1,...,b˙l)’;
% Ai=(a˙–l+1?,...,a˙m), bi=(b˙–l+1?,...,b˙m)’.
%输出: x是最优解, lambda是对应的乘子向量;output是结构变量,
% 输出极小值f(x), 迭代次数k等信息, exitflag是算法终止类型
%%%%%%%%%%%%%%%%% 主程序开始%%%%%%%%%%%%%%%%%
% 初始化
epsilon=1.0e-9; err=1.0e-6;
k=0; x=x0; n=length(x); kmax=1.0e3;
ne=length(be); ni=length(bi); lamk=zeros(ne+ni,1);
index=ones(ni,1);
for (i=1:ni)
if(Ai(i,:)*xbi(i)+epsilon), index(i)=0; end
end
%算法主程序
while (k=kmax)
%求解子问题
Aee=[];
if(ne0), Aee=Ae; end
for(j=1:ni)
if(index(j)0), Aee=[Aee; Ai(j,:)]; end
end
gk=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)));
end
if(y=0)
exitflag=0;
else
exitflag=1;
for(i=1:ni)
if(index(i)(ne+sum(index(1:i)))==jk)
index(i)=0; break
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