用最速下降法法求解100*((x1**2-x2)**2) + (x1-1)**2函数的最优化问题,x0为(0,0) 精度为1e-5 并推算出其中迭代了多少次 on
时间: 2023-09-13 15:03:43 浏览: 73
好的,针对您的问题,我将为您提供以下解答:
首先,最速下降法是一种基于梯度的迭代优化算法,它的基本思想是沿着当前位置的负梯度方向进行搜索,从而实现对目标函数的最小化。在这个问题中,我们需要最小化函数f(x1, x2) = 100*((x1**2-x2)**2) + (x1-1)**2,其中x1和x2为自变量,x0为初始点(0,0)。
根据最速下降法的迭代公式,我们可以得到如下迭代式:
x(k+1) = x(k) - alpha(k) * grad(f(x(k)))
其中,x(k)表示第k次迭代时的自变量值,alpha(k)表示第k次迭代时的步长(即学习率),grad(f(x(k)))表示函数f(x(k))在x(k)处的梯度。
根据函数f(x1, x2)的梯度公式,我们可以计算出grad(f(x(k)))的表达式:
grad(f(x(k))) = [400*x(k,1)*(x(k,1)**2-x(k,2))+2*(x(k,1)-1), -200*(x(k,1)**2-x(k,2))]
其中,x(k,1)和x(k,2)分别表示第k次迭代时的x1和x2的取值。
接下来,我们需要确定每次迭代时的步长alpha(k)。在最速下降法中,一般采用线性搜索的方式来确定步长,即从当前点开始,沿着负梯度方向不断前进,直到找到一个使得目标函数值下降的点为止。具体实现方式有多种,例如Armijo准则、Goldstein准则等。
这里,我们采用最简单的Armijo准则来确定步长。根据Armijo准则,每次迭代时,我们需要将步长alpha(k)设置为一个初始值alpha0,然后不断缩小alpha(k)的值,直到满足以下不等式:
f(x(k) - alpha(k)*grad(f(x(k)))) <= f(x(k)) - c * alpha(k) * grad(f(x(k))) * grad(f(x(k)))^T
其中,c为一个小于1的常数,通常取0.5或0.8;^T表示矩阵的转置。
在实际计算过程中,我们可以将上述不等式改写为以下形式:
f(x(k) - alpha(k)*grad(f(x(k)))) - f(x(k)) <= - c * alpha(k) * grad(f(x(k))) * grad(f(x(k)))^T
接下来,我们可以根据上述迭代公式和步长的确定方式,编写出最速下降法的Python代码。具体实现如下:
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