python内点法采用函数嵌套的形式,即另编写最速下降法和目标函数的梯度函数,在内点法函数中调用
时间: 2023-12-22 18:06:22 浏览: 120
是的,内点法通常需要嵌套使用其他优化算法来求解子问题,比如最速下降法(primal-dual interior point method)或牛顿法(barrier interior point method)。而目标函数的梯度函数则是用来计算目标函数在当前点处的梯度,用于求解牛顿方程。
以下是一个使用最速下降法实现内点法的示例代码:
```python
from scipy import linalg
import numpy as np
def primal_dual_interior_point(f, grad_f, A, b, x0, nu0, rho, tol=1e-6, max_iter=100):
"""
使用最速下降法实现线性规划的内点法
:param f: 目标函数
:param grad_f: 目标函数的梯度函数
:param A: 系数矩阵
:param b: 右端向量
:param x0: 初始解
:param nu0: 初始拉格朗日乘子
:param rho: 内点法参数
:param tol: 精度要求
:param max_iter: 最大迭代次数
:return: 最优解和最优值
"""
m, n = A.shape
x = x0
nu = nu0
sigma = 0.1
for k in range(max_iter):
# 计算当前点的梯度和Hessian矩阵
g = grad_f(x, nu, A, b)
H = np.block([[np.zeros((n, n)), A.T], [A, np.zeros((m, m))]])
# 判断是否满足精度要求
if linalg.norm(g) <= tol:
break
# 计算搜索方向和步长
d = linalg.solve(H, -np.concatenate((g, np.zeros(m))))
dx, dnu = d[:n], d[n:]
alpha = backtracking(f, grad_f, x, nu, dx, dnu, rho, sigma)
# 更新解和拉格朗日乘子
x = x + alpha * dx
nu = nu + alpha * dnu
return x, f(x, nu, A, b)
def backtracking(f, grad_f, x, nu, dx, dnu, rho, sigma, alpha_init=1.0, tau=0.5, c=1e-4):
"""
使用Backtracking Line Search算法计算步长
:param f: 目标函数
:param grad_f: 目标函数的梯度函数
:param x: 当前解
:param nu: 当前拉格朗日乘子
:param dx: 搜索方向
:param dnu: 拉格朗日乘子的搜索方向
:param rho: 内点法参数
:param sigma: 内点法参数
:param alpha_init: 初始步长
:param tau: 缩放因子
:param c: Armijo条件中的常数
:return: 步长
"""
alpha = alpha_init
while f(x + alpha * dx, nu + alpha * dnu, A, b) - f(x, nu, A, b) > c * alpha * np.dot(grad_f(x, nu, A, b), np.concatenate((dx, dnu))):
alpha = tau * alpha
return alpha
```
其中,`f`和`grad_f`分别是目标函数和目标函数的梯度函数,`A`和`b`是约束条件的系数矩阵和右端向量,`x0`和`nu0`是初始解和初始拉格朗日乘子,`rho`是内点法参数,`tol`是精度要求,`max_iter`是最大迭代次数。
在`primal_dual_interior_point`函数中,首先计算当前点的梯度和Hessian矩阵,然后使用Backtracking Line Search算法计算搜索方向和步长,最后更新解和拉格朗日乘子。
阅读全文