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
时间: 2024-10-20 13:13:58 浏览: 25
为了使用BFGS算法(Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno)在Python中找到函数 `f(x)` 的最小值,我们首先需要定义该函数、它的梯度以及BFGS的核心部分。假设 `func` 表示目标函数,`grad_f` 表示梯度计算,以下是完整的代码:
```python
import numpy as np
# 定义目标函数 f(x)
def func(x):
x1, x2 = x
return (3/2) * x1**2 + (1/2) * x2**2 - x1*x2 - 2*x1
# 梯度计算
def grad_f(x):
x1, x2 = x
gradient = np.array([3 * x1 - x2 - 2, x2 - x1])
return gradient
# 初始化变量
initial_point = np.zeros(2)
max_iter = 1000
H = np.identity(2) # 初始Hessian矩阵,对角线单位阵
# BFGS算法核心部分
def bfgs_step(x, gradient, H, y):
# 省略了线搜索的部分,这里只返回基本的BFGS步长
rho = 1.0
gamma = np.dot(gradient, gradient) / np.dot(y, y)
s = -y + gamma * H @ y
x += s
H = update_Hessian(H, x, gradient, s, rho, gamma)
return x, gradient, H
def update_Hessian(H, x, gradient, s, rho, gamma):
I = np.eye(len(x))
return (I - rho * np.outer(gradient, gradient) + gamma * np.outer(s, s)) @ H
# 开始迭代
best_x = None
best_value = float('inf')
for _ in range(max_iter):
gradient = grad_f(initial_point)
new_x, gradient, H = bfgs_step(initial_point, gradient, H, gradient)
value = func(new_x)
if value < best_value:
best_x = new_x
best_value = value
# 如果达到收敛条件,可以终止循环
if np.linalg.norm(gradient) < tolerance:
break
print(f"最小值位于 ({best_x[0]:.4f}, {best_x[1]:.4f}),最小值为 {best_value:.4f}")
# 相关问题--
1. BFGS算法是如何保证收敛性的?
2. BFGS中线搜索的目的是什么?
3. 我们如何设置收敛条件(tolerance)?
```
这里的代码没有完全包含线搜索过程,因为它依赖于特定的优化策略。实际应用中,一般会在每次迭代后检查目标函数的变化和梯度的大小,以确定是否收敛并选择合适的步长。在`bfgs_step`函数中,你可以选择添加线搜索并根据需要进行优化。
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