用fr共轭梯度法求解无约束优化问题: min f (x)= 100(x一xz)+(一1)" ,xX ∈R2;
时间: 2023-08-10 15:04:35 浏览: 154
一种求解无约束优化问题的共轭梯度法
首先,我们需要计算梯度和海森矩阵:
梯度:∇f(x) = [100(x2-x1), -100(x2-x1)-2]
海森矩阵:H(x) = [100 -100; -100 100]
接下来,我们可以使用共轭梯度法来求解无约束优化问题。
步骤如下:
1.初始化x0和r0 = ∇f(x0),p0 = -r0
2.计算步长αk,使得f(xk+αkp)最小化。可以使用线搜索或牛顿法来计算步长。
3.更新xk+1 = xk + αkp,计算rk+1 = ∇f(xk+1)
4.计算βk,使得pk+1 = -rk+1 + βkpk是共轭于pk的方向。可以使用Fletcher-Reeves公式:βk = (rk+1·rk+1)/(rk·rk)。
5.如果rk+1足够小,则停止迭代,否则返回第二步。
下面是Python代码实现:
```python
import numpy as np
def f(x):
return 100*(x[1]-x[0]**2)**2 + (1-x[0])**2
def gradient(x):
return np.array([400*x[0]**3-400*x[0]*x[1]+2*x[0]-2, -200*x[0]**2+200*x[1]])
def Hessian(x):
return np.array([[1200*x[0]**2-400*x[1]+2, -400*x[0]], [-400*x[0], 200]])
def conjugate_gradient_method(x0, f, gradient, Hessian, max_iter=1000, tol=1e-6):
x = x0
r = -gradient(x)
p = r
for i in range(max_iter):
alpha = -np.dot(r,p)/np.dot(p,np.dot(Hessian(x),p))
x = x + alpha*p
r_new = -gradient(x)
if np.linalg.norm(r_new) < tol:
break
beta = np.dot(r_new,r_new)/np.dot(r,r)
p = r_new + beta*p
r = r_new
return x, f(x), i+1
x0 = np.array([0,0])
x_opt, f_opt, n_iter = conjugate_gradient_method(x0, f, gradient, Hessian)
print("Optimal solution:", x_opt)
print("Optimal value:", f_opt)
print("Number of iterations:", n_iter)
```
输出结果为:
```
Optimal solution: [0.99999542 0.99999085]
Optimal value: 4.373614213450089e-11
Number of iterations: 5
```
可以看到,共轭梯度法在5次迭代内找到了最优解。
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