信赖域方法求解最优化问题代码MATLAB

时间: 2024-05-01 09:22:22 浏览: 256
信赖域方法是一类求解无约束最优化问题的优化算法。下面是一个MATLAB代码示例,用于实现信赖域方法: ```matlab function [x, fval, exitflag] = trustregion(fun, x0, options) % TRUSTREGION Trust region method for unconstrained optimization % [X, FVAL, EXITFLAG] = TRUSTREGION(FUN, X0, OPTIONS) finds the minimum % point X of the function FUN starting from the point X0 using trust % region method. FUN is a function handle to the objective function that % accepts a vector input X and returns a scalar objective function value % F. X0 is the initial point and OPTIONS is a structure created using the % OPTIMSET function. The field names in the OPTIONS structure correspond % to parameter names for the TRUSTREGION function. Default values for % parameters not specified in OPTIONS are: % OPTIONS.tol = 1e-6; % OPTIONS.maxIter = 1000; % OPTIONS.maxFunEvals = Inf; % OPTIONS.radius = 1; % OPTIONS.eta = 0.1; % OPTIONS.verbose = false; % % X is the solution found by TRUSTREGION, FVAL is the objective function % value at X, and EXITFLAG is an integer identifying the reason for % termination: % 1 - Function converged to a solution X satisfying the tolerance % criterion. % 0 - Maximum number of iterations or function evaluations reached. % % Example: % fun = @(x) (x(1)-1)^2 + (x(2)-2.5)^2; % x0 = [0 0]; % options = optimset('tol', 1e-8, 'maxIter', 500); % [x, fval, exitflag] = trustregion(fun, x0, options); % % References: % [1] Nocedal, J., & Wright, S. J. (2006). Numerical optimization % (2nd ed.). Springer. % Set default options if not specified by user defaultOptions.tol = 1e-6; defaultOptions.maxIter = 1000; defaultOptions.maxFunEvals = Inf; defaultOptions.radius = 1; defaultOptions.eta = 0.1; defaultOptions.verbose = false; if nargin < 3 options = defaultOptions; else % Fill in missing values of options with defaults optionNames = fieldnames(defaultOptions); for i = 1:length(optionNames) if ~isfield(options, optionNames{i}) options.(optionNames{i}) = defaultOptions.(optionNames{i}); end end end % Initialize variables x = x0; fval = fun(x); grad = gradient(fun, x); Hess = hessian(fun, x); iter = 0; funEvals = 1; % Main loop while true % Compute the Cauchy point [pk, mk] = cauchy(fun, x, grad, Hess, options.radius); % Compute the actual reduction actualReduction = fval - fun(x + pk); % Compute the predicted reduction predictedReduction = -mk + fun(x); % Compute the ratio of actual to predicted reduction rho = actualReduction / predictedReduction; % Update the trust region radius if rho < 0.25 options.radius = options.radius / 4; elseif rho > 0.75 && abs(norm(pk) - options.radius) < options.tol options.radius = min(2 * options.radius, options.maxRadius); end % Update x and fval if the predicted reduction is good if rho > options.eta x = x + pk; fval = fun(x); grad = gradient(fun, x); Hess = hessian(fun, x); funEvals = funEvals + 1; end % Check termination criteria iter = iter + 1; if norm(grad) < options.tol || iter >= options.maxIter || ... funEvals >= options.maxFunEvals break; end % Output iteration information if verbose option is true if options.verbose fprintf('Iteration %d: fval = %g, radius = %g, norm(grad) = %g\n', ... iter, fval, options.radius, norm(grad)); end end % Set exit flag based on termination reason if norm(grad) < options.tol exitflag = 1; else exitflag = 0; end end function [pk, mk] = cauchy(fun, x, grad, Hess, radius) % Compute the Cauchy point for trust region method g = grad(:); H = Hess(:); alpha = norm(g)^3 / (radius * g' * H * g); pk = -alpha * min(radius, norm(g)) * g; mk = fun(x) + g' * pk + 0.5 * pk' * Hess * pk; end function grad = gradient(fun, x) % Compute the gradient of the objective function using central difference n = length(x); grad = zeros(n, 1); h = 1e-6; for i = 1:n xplus = x; xplus(i) = x(i) + h; xminus = x; xminus(i) = x(i) - h; grad(i) = (fun(xplus) - fun(xminus)) / (2 * h); end end function Hess = hessian(fun, x) % Compute the Hessian of the objective function using central difference n = length(x); Hess = zeros(n, n); h = 1e-6; for i = 1:n xplus = x; xplus(i) = x(i) + h; xminus = x; xminus(i) = x(i) - h; gradplus = gradient(fun, xplus); gradminus = gradient(fun, xminus); Hess(:, i) = (gradplus - gradminus) / (2 * h); end end ``` 上述代码实现了信赖域方法的主循环,以及计算梯度、海森矩阵和 Cauchy 点的函数。要使用此代码,您需要提供一个函数句柄 `fun`,该函数计算目标函数值,一个初始点 `x0`,以及一个选项结构 `options`,该结构包含有关算法的各种参数设置。请注意,此代码使用中心差分来估计梯度和海森矩阵,因此可能不适用于计算资源受限的问题。
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