- •«Вычислительная математика»
- •2. Погрешности арифметических операций. Правила оценки погрешностей.
- •Варианты задания №1.
- •Пример выполнения задания №1.
- •Варианты задания №2.
- •Пример выполнения задания №2.
- •Варианты задания №3.
- •Пример выполнения задания №3.
- •Варианты задания №4.
- •Пример выполнения задания №4.
- •Варианты задания №5.
- •Пример выполнения задания №5.
- •IV. Численное интегрирование.
- •Варианты задания №6.
- •Пример выполнения задания №6.
- •V. Системы линейных алгебраических уравнений.
- •Варианты задания №7
- •Пример выполнения задания №7.
- •Пример выполнения задания №8
- •VI. Решения нелинейных уравнений.
- •§3. Метод Ньютона для системы нелинейных уравнений. Пусть имеется следующая система нелинейных уравнений:
- •Варианты задания №9
- •Пример выполнения задания №9
- •VII. Нахождение минимума функций одной переменной.
- •2. Методы прямого поиска:
- •Варианты задания №10
- •Пример выполнения задания №10
- •VIII. Методы многомерной оптимизации
- •2. Необходимое и достаточное условия минимума функции многих переменных:
- •3. Основные методы безусловной многомерной минимизации:
- •Варианты задания №11
- •Примеры выполнения задания №11
- •IX. Обыкновенные диференциальные уравнения. Задача Коши.
- •Пример выполнения задания №12.
Варианты задания №10
Найти точку минимума функции f(x) с точностью 0,1 указанным методом: а-оптимальн-пассивный поиск, б-метод деления отрезка пополам, в-метод золотого сечения.
1.
2.![]()
3.
4.![]()
5.
6.![]()
7.
8.![]()
9.
10.![]()
11.
12.![]()
13.
14.![]()
15.
16.![]()
17.
18.![]()
19.
20.![]()
21.
22.![]()
23.
24.![]()
25.
26.![]()
27.
28.![]()
29.
30.![]()
31.
32.![]()
33.
34.![]()
35.
36.![]()
37.
38.![]()
39.
40.![]()
Пример выполнения задания №10
Методом
золотого сечения найти точку минимума
функции
с точностью 0.1
1. Находим отрезок локализации. При x=-1 имеем f(-1)=7, при x=0- f(0)=4, при x=1-f(1)=9. Следовательно, на отрезке [-1,1] имеется точка минимума. Полагаем a0=-1, b0=1.
2. Методом золотого сечения отрезка находим две точки:

1. Вычисляем значения функции в этих точках:
![]()
2.
Так как
,
то точка минимума находится на отрезке
.
3. Имеем новый отрезок локализации
![]()
4. Определяем длину l1 отрезка [a1,b1]
.
5. Так как l1=1.236>0.1, то на отрезке [a1,b1] методом золотого сечения находим две точки
6.
Вычисляем значение функции в новой
точке
.
В точке
значение функции уже известно
.
Имеем
![]()
7.
Так как
,
то точка минимума находится на отрезке
.
8. Имеем новый отрезок локализации
![]()
9. Определяем длину l2 отрезка [a2,b2]
.
10. Так как l2>0.1, то на отрезке [a2,b2] методом золотого сечения находим две точки и т.д. В результате получаем

11. Следовательно, точка минимума приблизительно равна
![]()
12. Вычисляем значение функции в этой точке
![]()
VIII. Методы многомерной оптимизации
1. Основные определения. Задачей многомерной оптимизации является минимизация функции U=f(x1,x2,...,xm) от m переменных (параметров) x1,x2,...,xm. Если нет ограничений на параметры x1,...,xm, то говорят о глобальной безусловной минимизации, если есть ограничения на параметры x1,...,xm, то говорят об условной минимизации.
Для
сокращенного обозначения функции многих
переменных удобно использовать векторное
обозначение
,
при этом подразумевается, что каждой
величине
сопоставлен свой единственный набор
значений величинx1,...,xm.
В соответствии с этим величину
можно рассматривать как точку (элемент)m-мерного
линейного пространства независимых
переменных x1,...,xm.
Если в этом пространстве ввести единичные
векторы
,
поставленные в соответствие переменнымx1,...,xm,
то величину
можно рассматривать как вектор:
,
а операции сложения и вычитания
производить по правилу векторов.
а)
поверхность уровня.
Множество точек
,
для которых
называется поверхностью уровня, для
двух переменных это множество называется
линей уровня
б)
градиент.
Вектор
называется
градиентом функции
и обозначается:
(8.1)
Вектор
указывает направление наискорейшего
возрастания функции, а вектор
называется антиградиентом и указывает
направление наискорейшего убывания
функции. Градиент всегда перпендикулярен
поверхности (линии) уровня.
2. Необходимое и достаточное условия минимума функции многих переменных:
а) необходимое условие. Необходимым условием минимума функции многих переменных является условие равенства нулю ее градиента:
(8.2)
или
![]()
б) достаточное условие. Достаточным условием является условие положительной определенности матриц Гессе:
(8.3)
Для
положительной определенности матрица
Гесса необходимо, чтобы ее собственные
числа 1,...,m
были положительны. Собственные числа
1,...,m
являются корнями характеристического
уравнения:
(8.4)
где det -определитель квадратной матрицы ранга m, Е - единичная матрица.
Матрица C=G-E называется характеристической матрицей для матрицы G.
