MATLAB实现SCFW:Wolfe函数的优化算法代码

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资源摘要信息:"wolfe函数MATLAB代码-SCFW:SCFW" 1. Wolfe函数及算法介绍 Wolfe函数是优化领域中用于测试算法性能的一类函数,它具有特定的数学特性,例如存在多个局部极小值点。在本次资源中提到的Wolfe函数与SCFW算法结合,SCFW算法指的是连续约束下的Frank-Wolfe算法,该算法在处理带有连续约束的优化问题时特别有效,如文中所述的泊松逆问题、投资组合优化问题以及距离加权判别问题。SCFW算法的关键在于连续变量的线性近似,通过这种方式,可以在每个迭代步骤中找到满足约束条件的最优解。 2. MATLAB代码实现 由于资源描述中提及的是MATLAB代码,这表明了代码是用MATLAB语言编写的。MATLAB是一种高级的数学计算语言,广泛用于工程计算、数据分析和算法实现等领域。在本资源中,SCFW算法的MATLAB实现可以通过调用特定的函数和方法来解决上述优化问题。 3. 算法在Python中的实现要求 尽管资源是关于MATLAB代码的,但描述中提到了对Python环境的要求,即Python版本3.7。此外,代码需要依赖数学包,具体是scipy和麻木(可能指的是NumPy,一个广泛使用的Python数学库),分别版本为1.4.1和1.18.1。这意味着在Python环境下,可以通过安装和配置这些数学库来运行SCFW算法的Python版本。 4. 代码使用方法 根据资源描述,要运行代码,需要先定义一个优化问题。这里使用了一个名为PortfolioProblem的类,并实例化了该类,指向一个数据文件路径。这个路径下的文件包含了优化问题所需的数据。接着,利用scfw.frank_wolfe模块中的run_frank_wolfe函数来执行算法,并通过设置不同的参数来控制算法的运行。参数包括alpha_policy(步长策略)、max_iter(最大迭代次数)和print_every(打印信息的间隔),这些参数对算法的性能和输出信息都有影响。 5. 可用的实现问题 资源描述中提到了SCFW算法可以应用于几个具体问题:泊松逆问题、投资组合优化问题以及距离加权判别问题。这些问题是优化领域中具有连续变量约束的典型问题,且每个问题都有其特定的应用场景和背景。 6. 标签“系统开源” 标签“系统开源”意味着SCFW代码库被归类为开源项目,意味着任何人都可以免费获取、使用、修改和分发这些代码。这对于学术界和工业界都是一个巨大的优势,因为开源代码库能够促进技术共享和协作创新。 7. 压缩包子文件的文件名称列表 资源中提及的"压缩包子文件的文件名称列表"可能是指具体的代码文件和资源文件。"SCFW-master"是这个压缩包的名称,表明此压缩包内包含了SCFW算法相关的源代码和资源文件。文件名中的"master"可能表明这是代码库的主分支,通常代表着最新的稳定版本。 综合以上信息,我们了解到本次资源提供的是关于SCFW算法的MATLAB代码实现,同时也包括了在Python环境中运行该算法的指导。算法适用于多种优化问题,并且代码以开源形式提供,这有助于科研人员和开发者进行相关的研究和开发工作。同时,从资源描述中我们可以学习到如何在Python中实现基于MATLAB算法的优化问题解决方案。

解释:def steepest_descent(fun, grad, x0, iterations, tol): """ Minimization of scalar function of one or more variables using the steepest descent algorithm. Parameters ---------- fun : function Objective function. grad : function Gradient function of objective function. x0 : numpy.array, size=9 Initial value of the parameters to be estimated. iterations : int Maximum iterations of optimization algorithms. tol : float Tolerance of optimization algorithms. Returns ------- xk : numpy.array, size=9 Parameters wstimated by optimization algorithms. fval : float Objective function value at xk. grad_val : float Gradient value of objective function at xk. grad_log : numpy.array The record of gradient of objective function of each iteration. """ fval = None grad_val = None x_log = [] y_log = [] grad_log = [] x0 = asarray(x0).flatten() # iterations = len(x0) * 200 old_fval = fun(x0) gfk = grad(x0) k = 0 old_old_fval = old_fval + np.linalg.norm(gfk) / 2 xk = x0 x_log = np.append(x_log, xk.T) y_log = np.append(y_log, fun(xk)) grad_log = np.append(grad_log, np.linalg.norm(xk - x_log[-1:])) gnorm = np.amax(np.abs(gfk)) while (gnorm > tol) and (k < iterations): pk = -gfk try: alpha, fc, gc, old_fval, old_old_fval, gfkp1 = _line_search_wolfe12(fun, grad, xk, pk, gfk, old_fval, old_old_fval, amin=1e-100, amax=1e100) except _LineSearchError: break xk = xk + alpha * pk k += 1 grad_log = np.append(grad_log, np.linalg.norm(xk - x_log[-1:])) x_log = np.append(x_log, xk.T) y_log = np.append(y_log, fun(xk)) if (gnorm <= tol): break fval = old_fval grad_val = grad_log[-1] return xk, fval, grad_val, x_log, y_log, grad_log

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将下面这段源码转换为伪代码:def bfgs(fun, grad, x0, iterations, tol): """ Minimization of scalar function of one or more variables using the BFGS algorithm. Parameters ---------- fun : function Objective function. grad : function Gradient function of objective function. x0 : numpy.array, size=9 Initial value of the parameters to be estimated. iterations : int Maximum iterations of optimization algorithms. tol : float Tolerance of optimization algorithms. Returns ------- xk : numpy.array, size=9 Parameters wstimated by optimization algorithms. fval : float Objective function value at xk. grad_val : float Gradient value of objective function at xk. grad_log : numpy.array The record of gradient of objective function of each iteration. """ fval = None grad_val = None x_log = [] y_log = [] grad_log = [] x0 = asarray(x0).flatten() # iterations = len(x0) * 200 old_fval = fun(x0) gfk = grad(x0) k = 0 N = len(x0) I = np.eye(N, dtype=int) Hk = I old_old_fval = old_fval + np.linalg.norm(gfk) / 2 xk = x0 x_log = np.append(x_log, xk.T) y_log = np.append(y_log, fun(xk)) grad_log = np.append(grad_log, np.linalg.norm(xk - x_log[-1:])) gnorm = np.amax(np.abs(gfk)) while (gnorm > tol) and (k < iterations): pk = -np.dot(Hk, gfk) try: alpha, fc, gc, old_fval, old_old_fval, gfkp1 = _line_search_wolfe12(fun, grad, xk, pk, gfk, old_fval, old_old_fval, amin=1e-100, amax=1e100) except _LineSearchError: break x1 = xk + alpha * pk sk = x1 - xk xk = x1 if gfkp1 is None: gfkp1 = grad(x1) yk = gfkp1 - gfk gfk = gfkp1 k += 1 gnorm = np.amax(np.abs(gfk)) grad_log = np.append(grad_log, np.linalg.norm(xk - x_log[-1:])) x_log = np.append(x_log, xk.T) y_log = np.append(y_log, fun(xk)) if (gnorm <= tol): break if not np.isfinite(old_fval): break try: rhok = 1.0 / (np.dot(yk, sk)) except ZeroDivisionError: rhok = 1000.0 if isinf(rhok): rhok = 1000.0 A1 = I - sk[:, np.newaxis] * yk[np.newaxis, :] * rhok A2 = I - yk[:, np.newaxis] * sk[np.newaxis, :] * rhok Hk = np.dot(A1, np.dot(Hk, A2)) + (rhok * sk[:, np.newaxis] * sk[np.newaxis, :]) fval = old_fval grad_val = grad_log[-1] return xk, fval, grad_val, x_log, y_log, grad_log

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