用python用共轭梯度法计算设minf(x)=1.5(x1)^2+0.5(x2)^2-(x1)*(x2)-2*(x1),设初始点x(0)=(-2,4)T
时间: 2024-12-16 19:24:58 浏览: 6
共轭梯度法的程序
共轭梯度法是一种用于求解大型稀疏线性方程组的迭代优化算法,尤其适用于二次函数最小化问题,如你给出的例子 \( f(x) = 1.5x_1^2 + 0.5x_2^2 - x_1x_2 - 2x_1 \)。这是一个典型的凸二次函数,其形式为 \( f(x) = \frac{1}{2}x^\top Qx + c^\top x \),其中 \( Q \) 是对称矩阵(在这个例子中,\( Q = \begin{bmatrix} 1.5 & -1 \\ -1 & 0.5 \end{bmatrix} \)),\( c \) 是常数向量(\( c = (-2, -2) \))。
为了使用共轭梯度法求解此问题,首先需要将目标函数转换成标准形式,并找到初始点 \( x(0) = (-2, 4) \)。然后按照共轭梯度算法步骤:
1. 计算初始搜索方向 \( p_0 = -g_0 \),其中 \( g_0 \) 是函数在初始点的梯度 \( g_0 = (Qx(0) + c) \)。
2. 更新迭代点 \( x_1 = x(0) + αp_0 \),这里 \( α \) 是步长,可以采用最速下降法则、 Wolfe 条件等策略来确定。
3. 检查停止条件(例如,达到一定的精度要求或迭代次数限制);若未满足,则计算下一个搜索方向 \( p_k \)(通常是通过雅克比矩阵和之前的方向共轭)。
4. 重复步骤2和3,直到满足停止条件。
由于这里是文字描述,实际代码编写会涉及到一些数学库(如NumPy)来处理矩阵运算和迭代过程。以下是简化的伪代码示例:
```python
import numpy as np
# 初始化数据
Q = np.array([[1.5, -1], [-1, 0.5]])
c = np.array([-2, -2])
x0 = np.array([-2, 4])
# 函数值和梯度
def function_and_gradient(x):
f = 0.5 * np.dot(x, np.dot(Q, x)) + np.dot(c, x)
grad = np.dot(Q, x) + c
return f, grad
# 共轭梯度初始化
grad_0 = function_and_gradient(x0)[1]
p_0 = -grad_0
# 迭代开始
for i in range(max_iterations): # 替换为实际的最大迭代次数
alpha = compute_step_size(grad_0, p_0) # 算法内部实现的步长选择
x_new = x0 + alpha * p_0
new_grad = function_and_gradient(x_new)[1]
# 如果新旧梯度足够接近,或达到其他停止条件,跳出循环
if np.linalg.norm(new_grad) < tolerance or ...:
break
# 更新共轭方向
beta = np.dot(new_grad, grad_0) / np.dot(p_0, grad_0)
p_i = -new_grad + beta * p_0
# 更新当前点和梯度
x0, grad_0 = x_new, new_grad
print("最优解:", x_new, " 最小值:", function_and_gradient(x_new)[0])
```
请注意,以上代码只是一个简化版本,实际应用中可能还需要添加更复杂的终止条件、步长计算以及更精确的共轭更新。此外,你需要定义 `compute_step_size()` 函数以实现适当的步长选择策略。如果你需要了解具体的Python实现细节,可以询问更多关于如何利用NumPy和Scipy库来实现共轭梯度法的问题。
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