矩阵束算法matlab程序

时间: 2023-06-13 13:03:58 浏览: 377
矩阵束(Matrix Bundle)算法是一种基于矩阵的优化算法,用于求解非线性约束优化问题。下面是一个简单的 Matlab 程序,用于演示如何使用矩阵束算法求解一个非线性约束优化问题。 ```matlab function [x,fval,exitflag,output] = matrix_bundle(fun,x0,options) % Define the default options defaultopt = struct('MaxIter',1000,'TolFun',1e-6,'TolX',1e-6); if nargin < 3 options = []; end options = merge_options(defaultopt,options); % Set up the initial variables x = x0; n = length(x0); B = eye(n); f = feval(fun,x); gradf = grad(fun,x); fx = f; gx = gradf; G = gx; % Define the stopping criteria stopcrit = 0; % Define the iteration counter iter = 0; % Start the main loop while ~stopcrit && iter < options.MaxIter % Compute the search direction [s,c] = compute_direction(B,G); % Compute the step length alpha = line_search(fun,x,s,c); % Update the variables xnew = x + alpha*s; fnew = feval(fun,xnew); gradfnew = grad(fun,xnew); Bnew = update_matrix_bundle(B,G,gradfnew-gx,s,c); % Compute the stopping criteria stopcrit = stopping_criteria(x,xnew,f,fnew,gradf,gradfnew,options); % Update the variables x = xnew; f = fnew; gradf = gradfnew; B = Bnew; fx(end+1) = f; gx = gradf; G = [G,gx]; iter = iter + 1; end % Set the output variables fval = f; exitflag = stopcrit; output.iterations = iter; output.funcCount = iter; output.algorithm = 'Matrix Bundle'; output.message = ''; % Plot the convergence curve figure; semilogy(1:length(fx),fx-fval,'-o'); xlabel('Iteration'); ylabel('Objective Function Error'); title('Convergence Curve'); grid on; end % Compute the search direction function [s,c] = compute_direction(B,G) [U,S,V] = svd(B); d = zeros(size(S,1),1); for i = 1:size(S,1) d(i) = max(0,S(i,i)); end c = U'*G; s = V*diag(d)*c; end % Compute the step length function alpha = line_search(fun,x,s,c) alpha = 1; sigma = 0.1; rho = 0.5; fx = feval(fun,x); while feval(fun,x+alpha*s) > fx + sigma*alpha*c'*s alpha = rho*alpha; end end % Update the matrix bundle function Bnew = update_matrix_bundle(B,G,delta,s,c) [U,S,V] = svd(B); d = zeros(size(S,1),1); for i = 1:size(S,1) d(i) = max(0,S(i,i)); end delta_d = U'*(delta-G); for i = 1:size(d,1) if d(i) ~= 0 delta_d(i) = delta_d(i)/d(i); end end d = d + delta_d; for i = 1:size(d,1) if d(i) < 0 d(i) = 0; end end Bnew = U*diag(d)*V'; end % Compute the stopping criteria function stopcrit = stopping_criteria(x,xnew,f,fnew,gradf,gradfnew,options) stopcrit = 0; if norm(xnew-x) < options.TolX && abs(fnew-f) < options.TolFun && norm(gradfnew-gradf) < options.TolFun stopcrit = 1; end end % Merge two structures function s = merge_options(s1,s2) s = s1; if ~isempty(s2) names = fieldnames(s2); for i = 1:length(names) s.(names{i}) = s2.(names{i}); end end end % Compute the gradient of the objective function function gradf = grad(fun,x) h = 1e-6; gradf = zeros(size(x)); for i = 1:length(x) x1 = x; x1(i) = x(i) + h; f1 = feval(fun,x1); x2 = x; x2(i) = x(i) - h; f2 = feval(fun,x2); gradf(i) = (f1 - f2)/(2*h); end end ``` 该程序包含以下函数: - `matrix_bundle`:主函数,用于实现矩阵束算法。 - `compute_direction`:计算矩阵束算法中的搜索方向。 - `line_search`:计算矩阵束算法中的步长。 - `update_matrix_bundle`:更新矩阵束算法中的矩阵束。 - `stopping_criteria`:计算矩阵束算法的停止准则。 - `merge_options`:合并两个结构体。 - `grad`:计算目标函数的梯度。 为了使用该程序,需要定义目标函数,并提供初始点和一些选项(如最大迭代次数和容差)。例如,假设我们要求解以下非线性约束优化问题: ``` min x1^2 + 2*x2^2 - 0.3*cos(3*pi*x1) - 0.4*cos(4*pi*x2) + 0.7 s.t. x1 + x2 >= 1 x1 >= 0 x2 >= 0 ``` 可以使用以下代码来调用 `matrix_bundle` 函数: ```matlab % Define the objective function fun = @(x) x(1)^2 + 2*x(2)^2 - 0.3*cos(3*pi*x(1)) - 0.4*cos(4*pi*x(2)) + 0.7; % Define the initial point x0 = [0.5;0.5]; % Define the options options.MaxIter = 1000; options.TolFun = 1e-6; options.TolX = 1e-6; % Call the matrix_bundle function [x,fval,exitflag,output] = matrix_bundle(fun,x0,options); ``` 该代码将返回最优解 `x`,最优函数值 `fval`,退出标志 `exitflag` 和输出信息 `output`。此外,该程序还会绘制收敛曲线。
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