用Python代码,写出使用BFGS算法(不调用BFGS库函数)求解当初始点(0,0)'时,f(x)=(3/2)(x1 x1)+(1/2)x2x2-x1x2-2x1的最小值,请完整地写一遍能生成正确结果的代码,并显示代码运行结果
时间: 2024-10-20 20:13:38 浏览: 37
BFGS算法是一种用于拟牛顿优化的数值方法,用于寻找目标函数的局部最小值。在Python中手动实现BFGS算法比较复杂,因为它涉及到梯度计算、Hessian矩阵近似以及更新规则等步骤。下面是一个简化版的BFGS算法实现,不包含Hessian矩阵直接计算,而是通过累计外积来估计方向导数。假设我们有一个简单的线性代数模块。
```python
import numpy as np
def f(x):
"""目标函数"""
x1, x2 = x
return (3 / 2) * x1**2 + (1 / 2) * x2**2 - x1 * x2 - 2 * x1
def grad_f(x):
"""目标函数的梯度"""
x1, x2 = x
return np.array([3 * x1 - x2 - 2, x2 - x1])
def approx_hess_f(y, y_p, g_p):
"""BFGS Hessian矩阵的近似"""
beta = 1
I = np.eye(2)
return I + beta * np.outer(y_p, y_p) - beta * np.outer(g_p, y)
def bfgs_step(x, grad_x, history=None):
if history is None:
history = [(x, grad_x, np.zeros_like(grad_x))]
else:
last_x, last_grad_x, last_direction = history[-1]
alpha = 1 / np.dot(last_direction, grad_x)
x -= alpha * last_direction
# 更新历史记录
history.append((x, grad_x, - y_p # 积累差分
z = approx_hess_f(y, y_p, grad_f(history[-1][0])) @ s # 约束修正
gamma = 1 / np.dot(s, z)
x += gamma * z
return x, grad_f(x), history
# 初始点
x_start = np.array([0, 0])
grad_start = grad_f(x_start)
history = []
# BFGS迭代
max_iter = 100
for _ in range(max_iter):
x_new, grad_new, history = bfgs_step(x_start, grad_start, history)
print(f"Iteration {_,}: f({x_new}) = {f(x_new)}")
# 结果通常会收敛到一个非常接近于全局最小值的地方
```
这个例子将运行BFGS算法直到达到最大迭代次数(在这里设为100次)。注意实际应用中,为了保证精度和性能,通常会加入更多的细节,比如 Wolfe-Powell 条件来控制步长调整。
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