机械优化设计课件 第6章 约束优化方法
78页1、开放 包容 求实 创新机械优化设计第六章 约束优化方法第六章第六章 约束优化方法约束优化方法约束优化问题的数学模型约束优化问题的数学模型 :约束优化问题有解的条件:约束优化问题有解的条件:(1)目标函数和约束函数为连续、可微函数,且存在一个有界的可行域D; (2) 可行域D应是一个非空集,即存在满足约束条件的点列 :第一节第一节 概概 述述约束优化问题的解法:约束优化问题的解法: 直接解法:直接解法:仅含不等式约束的问题等式约束函数不是复杂的隐函数,且易于消元(随机方向法、复合形法) 间接解法:间接解法:同时具有等式和不等式约束的优化问题(惩罚函数法)第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第一节第一节 概概 述述直接解法:直接解法:基本思想:在可行域内按照一定的原则直接搜索出它的最优点。步骤:在m个不等式约束条件所确定的可行域内,选择一个 初始点x0,然后决定可行的搜索方向d,再以适当的步长 ,沿着d方向进行搜索,得到一个使目标函数值下降的 可行的新点x1,这就完成了一次迭代。接着以新点x1为 起点,重复上面的搜索过程,满足收敛条件后,终止迭 代。 可行的搜索方向第六章第六章 约束优化
2、方法约束优化方法第一节第一节 概概 述述直接解法:直接解法:第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第一节第一节 概概 述述直接解法的特点:直接解法的特点:由于整个求解过程都是在可行域内进行的,所以,迭代 计算无论何时终止,都可获得一个比初始点更好的设计点;若目标函数是凸函数,可行域是凸集,则可保证获得全 域最优解。要求可行域为有界的非空集,即在有界可行域内存在 满足全部约束条件的点,且目标函数有定义。第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第一节第一节 概概 述述间接解法:间接解法:基本思路:原目标函数约束函数新的目标函数加权(约束优化问题)(无约束优化问题 )第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第一节第一节 概概 述述间接解法:间接解法:迭代过程:第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第一节第一节 概概 述述间接解法:间接解法:第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第一节第一节 概概 述述间接解法的特点:间接解法的特点:计算效率和数值计算的稳定性有较大提高。可以有效地处理具有等式约束的约束优化问题 。选择加权因子困难。第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第一节第一节 概概 述述随机
3、方向法解法内容包括:随机方向法解法内容包括:随机选择初始点随机选择搜索方向随机选取搜索步长等第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第二节第二节 随机方向法随机方向法随机方向法基本思路:随机方向法基本思路:在可行域内选择一个初始点,以某种随机的形式在初始点周围产生几个随机方向,从中选择一个使目标函数值下降最快的方向作为可行搜索方向。从初始点出发沿着该可行搜索方向搜索,得到一个新点。若新点满足约束条件,且函数值下降,则完成一次迭代。将始点移到新点,重复上面的过程,最终得到最优解。第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第二节第二节 随机方向法随机方向法随机方向法基本思路:随机方向法基本思路:迭代公式:第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第二节第二节 随机方向法随机方向法随机数的产生:随机数的产生:第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第二节第二节 随机方向法随机方向法初始点的选择:初始点的选择:人为选择随机选择法随机选择法的步骤第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第二节第二节 随机方向法随机方向法可行搜索方向的产生:可行搜索方向的产生:第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第二节第二节
4、随机方向法随机方向法可行搜索方向的产生:可行搜索方向的产生:第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第二节第二节 随机方向法随机方向法产生可行搜索方向的条件产生可行搜索方向的条件 :法则一:法则一:如果沿着某一方向搜索得到了更大的目标函数,则相反的方向通常会导致较小的目标函数; 法则二:法则二:如果沿着某一特定方向有过连续的成功搜索,则应使下一次搜索偏向这个方向;反之,如果沿着某一方 向连续地有失败搜索则不鼓励下一次在该方向搜索。第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第二节第二节 随机方向法随机方向法搜索步长的确定:搜索步长的确定:可由加速步长法确定可由加速步长法确定每次迭代的步长: = (=1.3)第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第二节第二节 随机方向法随机方向法随机方向法的步骤:随机方向法的步骤:第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第二节第二节 随机方向法随机方向法随机方向法的步骤:随机方向法的步骤:第六章第六章 约束优化方法约束优化方法第三节第三节 复合形法复合形法复合形法的基本思路:复合形法的基本思路: 选择k(n+1k2n)个可行点,构造一个多面体(或多边 形),称为初
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