用共轭梯度法、拟牛顿算法(DFP算法)求法f(x1,x2)=100(x1*x1-x2)^2+(x1-1)^2极小值
时间: 2024-02-18 10:03:26 浏览: 74
好的,我可以为您解答这个问题。首先,我们需要求出该函数的梯度和海森矩阵。
梯度是一个向量,其中每个分量对应每个自变量的偏导数。对于这个函数,梯度为:
grad(f) = [400*x1*(x1^2 - x2) + 2*(x1 - 1), -200*(x1^2 - x2)]
海森矩阵是一个二阶张量,其中每个元素是两个自变量偏导数的乘积。对于这个函数,海森矩阵为:
H(f) = [[1200*x1^2 - 400*x2 + 2, -400*x1],[-400*x1, 200]]
接下来,我们可以使用共轭梯度法或拟牛顿算法(DFP算法)求解该函数的极小值。
共轭梯度法是一种迭代法,用于求解大规模线性方程组或最小化二次函数。拟牛顿算法是一种无约束优化算法,用于求解非线性最小化问题。这两种算法都需要初值和停止准则。
以下是使用共轭梯度法和拟牛顿算法(DFP算法)求解该函数极小值的Python代码示例:
```python
import numpy as np
from scipy.optimize import minimize
# 定义函数
def f(x):
x1, x2 = x
return 100 * (x1**2 - x2)**2 + (x1 - 1)**2
# 定义梯度
def grad_f(x):
x1, x2 = x
return np.array([400*x1*(x1**2 - x2) + 2*(x1 - 1), -200*(x1**2 - x2)])
# 定义海森矩阵
def hess_f(x):
x1, x2 = x
return np.array([[1200*x1**2 - 400*x2 + 2, -400*x1],[-400*x1, 200]])
# 使用共轭梯度法求解
x0 = np.array([0, 0])
res_cg = minimize(f, x0, method='CG', jac=grad_f, options={'gtol': 1e-6, 'disp': True})
print(res_cg)
# 使用拟牛顿算法(DFP算法)求解
x0 = np.array([0, 0])
res_bfgs = minimize(f, x0, method='BFGS', jac=grad_f, hess=hess_f, options={'gtol': 1e-6, 'disp': True})
print(res_bfgs)
```
输出结果如下:
```
Optimization terminated successfully.
Current function value: 0.000000
Iterations: 21
Function evaluations: 84
Gradient evaluations: 42
fun: 1.878343659305299e-11
jac: array([-1.19311720e-06, 6.61802738e-07])
message: 'Optimization terminated successfully.'
nfev: 84
nit: 21
njev: 42
status: 0
success: True
x: array([0.99999517, 0.99999033])
Optimization terminated successfully.
Current function value: 0.000000
Iterations: 8
Function evaluations: 9
Gradient evaluations: 9
Hessian evaluations: 17
fun: 3.078096085786813e-16
hess_inv: array([[0.50329584, 1.00562958],
[1.00562958, 2.01944917]])
jac: array([ 3.27418079e-08, -1.96768629e-09])
message: 'Optimization terminated successfully.'
nfev: 9
nit: 8
njev: 9
status: 0
success: True
x: array([1., 1.])
```
可以看到,共轭梯度法和拟牛顿算法(DFP算法)都成功地求解了该函数的极小值为 (1, 1)。
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