radau伪谱法约束程序

时间: 2024-05-10 22:14:44 浏览: 8
Radau伪谱法是一种常用的求解优化问题的数值方法。它是一种基于伪谱方法的伪谱法,常用于求解约束优化问题。下面给出一个使用Radau伪谱法求解约束优化问题的示例程序。 ```python from scipy.integrate import solve_ivp from scipy.interpolate import CubicSpline import numpy as np def radau_pseudospectral(n, lb, ub, constraints, cost, guess=None, tol=1e-6, maxiter=100): # 计算伪谱节点和权重 nodes, weights = np.polynomial.legendre.leggauss(n+1) nodes = 0.5*(nodes+1)*(ub-lb)+lb weights = 0.5*(ub-lb)*weights # 创建初始猜测 if guess is None: guess = np.zeros((n+1,len(lb))) for i in range(n+1): guess[i] = lb+(ub-lb)*i/n # 定义状态和状态导数的函数 def f(t, x): return cost(t, x) def jac(t, x): return np.concatenate((np.zeros((len(x),1)), np.eye(len(x))), axis=1) # 定义约束函数 def g(x): return np.array([c(x) for c in constraints]) def dg(x): return np.array([np.gradient(c(x), axis=0) for c in constraints]).T # 定义边界约束 def bc(x0, xn): return np.concatenate((g(x0), g(xn))) def dbc(x0, xn): return np.concatenate((dg(x0), dg(xn))) # 定义目标函数 def obj(x): t = np.zeros(n+1) for i in range(n+1): t[i] = nodes[i] fval = f(t, x) return np.sum(weights*fval) # 定义求解器 def fun(t, z): x = z[:len(lb)] lam = z[len(lb):] return np.concatenate((f(t, x), np.dot(dg(x), lam))) def jac_sparsity(t, z): return np.zeros((2*len(constraints), 2*len(lb))) def jac_fun(t, z): x = z[:len(lb)] lam = z[len(lb):] return np.block([[jac(t, x), np.zeros((len(x), len(lam)))], [np.dot(dg(x), lam), dg(x)]]) def bc_fun(t0, z0, tn, zn): x0 = z0[:len(lb)] xn = zn[:len(lb)] lam0 = z0[len(lb):] lamn = zn[len(lb):] return bc(x0, xn) def dbc_fun(t0, z0, tn, zn): x0 = z0[:len(lb)] xn = zn[:len(lb)] lam0 = z0[len(lb):] lamn = zn[len(lb):] return dbc(x0, xn) sol = solve_ivp(fun=fun, t_span=(nodes[0], nodes[-1]), y0=np.concatenate((guess[0], np.zeros(len(constraints)))), t_eval=nodes, method='Radau', jac_sparsity=jac_sparsity, jac=jac_fun, events=(bc_fun, dbc_fun), rtol=tol, atol=tol, max_step=(nodes[-1]-nodes[0])/n, dense_output=True) # 求解完成后,生成插值函数 t = sol.t x = sol.y[:len(lb),:] cs = CubicSpline(t, x, axis=1) return cs, obj(x[:,-1]) ``` 这个程序中,`n`表示伪谱法中使用的节点数,`lb`和`ub`表示变量的下界和上界,`constraints`是一个包含约束函数的列表,`cost`是目标函数,`guess`是初始猜测值,`tol`和`maxiter`是求解器的容差和最大迭代次数。函数返回一个插值函数和最优解。

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