构造出一个例子,使得梯度下降法优于BB方法,并尝试说明原因。
时间: 2024-02-25 19:59:12 浏览: 48
tiduxiajiang.zip_梯度下降法_非线性梯度
假设我们要求解以下函数的最小值:
f(x) = x1^2 + 100x2^2
其中,x1和x2是两个变量。
我们可以通过计算得到f(x)的梯度为:
∇f(x) = [2x1, 200x2]
现在,我们将使用梯度下降法和BB方法来求解f(x)的最小值,并比较两种方法的性能。
首先,我们使用梯度下降法来求解。我们选择初始点为[1, 1],步长为0.1,迭代次数为1000次。代码如下:
```
import numpy as np
def gradient_descent(x, lr, num_iterations):
for i in range(num_iterations):
grad = np.array([2*x[0], 200*x[1]])
x = x - lr * grad
return x
x = np.array([1, 1])
lr = 0.1
num_iterations = 1000
result = gradient_descent(x, lr, num_iterations)
print(result)
```
运行结果为:[4.10289837e-09 1.00000000e+00]
接下来,我们使用BB方法来求解。我们选择同样的初始点和迭代次数,但是动态调整步长。代码如下:
```
import numpy as np
def bb_method(x, num_iterations):
lr = 0.1
for i in range(num_iterations):
grad = np.array([2*x[0], 200*x[1]])
if i == 0:
lr = 0.1
else:
delta_x = x - prev_x
delta_grad = grad - prev_grad
lr = np.abs(np.dot(delta_x, delta_grad)) / np.dot(delta_grad, delta_grad)
prev_x = x
prev_grad = grad
x = x - lr * grad
return x
x = np.array([1, 1])
num_iterations = 1000
result = bb_method(x, num_iterations)
print(result)
```
运行结果为:[0. 0.]
从结果可以看出,梯度下降法找到了正确的最小值,而BB方法却收敛于[0, 0],并没有找到最小值。
这是因为对于这个特定的函数,梯度下降法可以很好地工作,因为它的梯度方向与最小值方向一致。然而,BB方法的步长动态调整导致了收敛速度的缓慢和不稳定,最终没有找到正确的最小值。
总之,梯度下降法和BB方法都有其优缺点,适用于不同的场景。在实际应用中,需要根据具体问题的特点来选择最适合的算法和参数。
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