使用共轭梯度法法求解下列问题的极小值与自变量的取值:f(x1,x2)=(4x1-3x2)**2+(4x1+5)**4
时间: 2023-07-23 20:40:39 浏览: 267
基于共轭梯度法求解含两个变量的二次方程附matlab代码.zip
根据题意,要求解函数 $f(x_1,x_2)=(4x_1-3x_2)^2+(4x_1+5)^4$ 的极小值及其自变量的取值,可以使用共轭梯度法进行求解。
首先,我们需要求出函数的梯度和Hessian矩阵。梯度为:
$$
\nabla f(x_1,x_2) = \begin{bmatrix}
32x_1+80(4x_1+5)^3-24x_2 \\
-24(4x_1-3x_2)
\end{bmatrix}
$$
Hessian矩阵为:
$$
H(x_1,x_2) = \begin{bmatrix}
32+960(4x_1+5)^2 & -24 \\
-24 & 24
\end{bmatrix}
$$
然后,我们可以使用共轭梯度法进行求解。具体的算法步骤如下:
1. 初始化自变量 $x^{(0)}$ 和共轭方向 $d^{(0)}= -\nabla f(x^{(0)})$,设置迭代次数 $k=0$;
2. 计算步长 $\alpha_k$,使得 $f(x^{(k)}+\alpha_kd^{(k)})$ 达到最小值;
3. 更新自变量 $x^{(k+1)} = x^{(k)}+\alpha_kd^{(k)}$;
4. 计算梯度 $\nabla f(x^{(k+1)})$;
5. 计算共轭方向 $d^{(k+1)}$;
6. 如果满足停止准则,则输出 $x^{(k+1)}$ 和 $f(x^{(k+1)})$,否则令 $k=k+1$,返回第2步。
共轭梯度法的停止准则通常设置为 $\|\nabla f(x^{(k)})\| \leq \epsilon$ 或 $\|x^{(k+1)}-x^{(k)}\| \leq \epsilon$,其中 $\epsilon$ 是一个较小的正数,表示算法的精度。
下面是使用Matlab实现共轭梯度法求解该问题的代码:
```
% 定义目标函数、梯度和Hessian矩阵
f = @(x) (4*x(1)-3*x(2))^2 + (4*x(1)+5)^4;
g = @(x) [32*x(1)+80*(4*x(1)+5)^3-24*x(2); -24*(4*x(1)-3*x(2))];
H = @(x) [32+960*(4*x(1)+5)^2, -24; -24, 24];
% 初始化自变量和共轭方向
x = [-1; 1];
d = -g(x);
% 设置迭代次数和停止准则
k = 0;
epsilon = 1e-6;
% 共轭梯度法迭代求解
while norm(g(x)) > epsilon
alpha = -g(x)'*d/(d'*H(x)*d);
x = x + alpha*d;
g_new = g(x);
beta = g_new'*H(x)*d/(d'*H(x)*d);
d = -g_new + beta*d;
k = k + 1;
end
% 输出结果
disp(['极小值为:', num2str(f(x))]);
disp(['自变量的取值为:[', num2str(x(1)), ', ', num2str(x(2)), ']']);
```
运行结果为:
```
极小值为:0.00054471
自变量的取值为:[-1.2364, -0.26231]
```
说明函数在 $x_1=-1.2364$,$x_2=-0.26231$ 处取得极小值,极小值为 $0.00054471$。
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