x1**2 + x2**4 + (2*x2+x1)**2 请用牛顿法求解此方程的极小值y 及 x1 x2的坐标点,用代码解决
时间: 2024-04-23 13:19:16 浏览: 152
分别通过梯度下降法,不动点迭代法,牛顿迭代法对方程进行求解+代码操作视频
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这是一个二元函数,我们可以使用牛顿法来求解它的极小值。牛顿法是一种迭代的优化算法,通过不断更新当前点的位置来逼近极小值点。
首先,我们需要计算函数的一阶导数和二阶导数。对于给定的函数 f(x1, x2) = x1**2 + x2**4 + (2*x2+x1)**2,我们可以计算出它的一阶导数和二阶导数:
一阶导数:
∂f/∂x1 = 2*x1 + 2*(2*x2+x1) = 4*x1 + 4*x2
∂f/∂x2 = 4*x2**3 + 4*(2*x2+x1)
二阶导数:
∂²f/∂x1² = 4
∂²f/∂x1∂x2 = 4
∂²f/∂x2² = 12*x2**2 + 4
然后,我们可以使用牛顿法的迭代公式来更新当前点的位置,直到满足收敛条件。迭代公式如下:
x(k+1) = x(k) - H^(-1) * ∇f(x(k))
其中,x(k) 是第 k 次迭代的点,H 是 Hessian 矩阵,∇f(x(k)) 是梯度向量。
下面是使用Python代码实现牛顿法求解该方程的极小值和对应的 x1、x2 坐标点:
```python
import numpy as np
def f(x):
x1, x2 = x
return x1**2 + x2**4 + (2*x2+x1)**2
def gradient(x):
x1, x2 = x
df_dx1 = 4*x1 + 4*x2
df_dx2 = 4*x2**3 + 4*(2*x2+x1)
return np.array([df_dx1, df_dx2])
def hessian(x):
x1, x2 = x
d2f_dx1dx1 = 4
d2f_dx1dx2 = 4
d2f_dx2dx2 = 12*x2**2 + 4
return np.array([[d2f_dx1dx1, d2f_dx1dx2], [d2f_dx1dx2, d2f_dx2dx2]])
def newton_method(x0, epsilon=1e-6, max_iterations=100):
x = x0
for i in range(max_iterations):
grad = gradient(x)
hess_inv = np.linalg.inv(hessian(x))
delta_x = np.dot(hess_inv, grad)
x -= delta_x
if np.linalg.norm(delta_x) < epsilon:
break
return x, f(x)
# 初始点
x0 = np.array([0, 0])
# 调用牛顿法求解极小值和坐标点
result_x, result_y = newton_method(x0)
print("极小值 y =", result_y)
print("x1 =", result_x)
print("x2 =", result_x)
```
希望对你有帮助!如果有任何问题,请随时提问。
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