- •Классификация задач оптимизации.
- •При проектировании систем необходимо выполнить комплекс из 8-ми работ
- •Доказательство. Необходимо доказать, что выполняется равенство
- •Пусть дана функция f (х1, х2, …, Хn.) Её градиент:
- •Основная задача.
- •Теорема о крайней точке
- •Доказательство.
- •В симплексную таблицу добавляются 2 столбца-столбцы контрольных сумм. В
- •Пусть задача имеет смешанные ограничения.
- •Получим задачу (2):
- •Предварительный этап:
- •Этап первый
- •Этап второй
- •Этап третий
- •Предназначен для увеличения числа 0 матрицы .
- •Пусть имеется функция
- •Лекция №19.
- •Метод внутриштрафных функций. (Метод барьерных функций)
- •Метод внешних штрафных функций.
Пусть имеется функция
![]()
![]()
![]()
Определение:
Точка
,
где
![]()
![]()
называется седловой
точкой функции
,
если для всех
выполняется условие:
причем в самой
седловой точке значение функции
равно:
![]()
Пример:
(гиперболический
параболоид)
Т
очка
является седловой точкой этой функции.
Теорема: Пусть
-
дифференцируемая функция, тогда для
того, чтобы точка
была
седловой точкой этой функции в области
необходимо выполнение условий:
![]()
![]()
Это дифференциальный аналог седловой точки.
Теорема Куна-Таккера:
Пусть задача нелинейного программирования имеет вид:
![]()
![]()
(3)
![]()
-дифференцируемые
и выпуклые по x.
Составим функцию Лагранжа:
Введем множители Лагранжа
(4)
Сама Теорема:
Вектор
оптимальным решением (3) тогда и только
тогда, когда существует такой вектор
такой что точка
является седловой точкой функции
Лагранжа (4), т.е. выполняется условие:
![]()
Аналитическое выражение условия теоремы:
![]()
(5)
![]()
Для задачи вогнутого нелинейного программирования:
![]()
![]()
(6)
![]()
Условия Куна – Таккера будут иметь вид:
![]()
(7)
![]()
Сформулированная теорема Куна – Таккера позволяет находить решение задачи нелинейного программирования с помощью отыскания седловой точки функции Лагранжа.
Алгоритм решения задачи вогнутого (выпуклого) нелинейного программирования с помощью теоремы Куна – Таккера:
-
По исходной задаче нелинейного программирования составляется функция Лагранжа
. -
Записывается условие для седловой точки функции Лагранжа. Либо (5), либо (7). В результате получаем систему уравнений или неравенств.
-
Находится совместное решение системы уравнений и неравенств, полученных на втором шаге. В результате вычисляется оптимальное решение.
Квадратичное программирование
Квадратичное
программирование – это класс задач
нелинейного программирования у которых
целевая функция
представляет сумму линейной и квадратичной
функции, а все ограничения линейны.
В общем случае задача квадратичного программирования имеет постановку:
![]()
(1)
Задачу квадратичного программирования удобнее записывать в матричной форме:
![]()
![]()
![]()

D – квадратичная матрица, причем симметрична относительно главной диагонали.
Для решения задачи (1) или (2) применяется условие, сформулированное в теореме Куна – Таккера, т.к. задача квадратичного программирования относится к задаче вогнутого (выпуклого) нелинейного программирования, поскольку функция f – выпуклая (вогнутая), а ограничения выпуклые.
Вопрос
о том, будет ли выпуклая или вогнутая
функция f
зависит от того, вогнута или выпукла
квадратичная функция:
.
,поскольку линейная функция CX
является и выпуклой и вогнутой
одновременно. Является ли функция Q
вогнутой или выпуклой, определяется
тем, является ли она положительно -
определенной, положительно -
полуопределенной, отрицательно -
определенной, отрицательно полуопределенной,
или неопределенной.
Определение:
Функция Q
называется отрицательно – определенной,
если она строго меньше 0 для всех
,
кроме
.
![]()
Пример:
при любых
она ‘<’ 0 и при 0 она ‘=’ 0.
Определение:
Функция Q
называется отрицательно – полуопределенной,
если она меньше либо равна 0 для всех
,
кроме
,
для которого она ‘=’ 0.
![]()
Определение: Квадратичная форма называется положительно – определенной (положительно – полуопределенной), если квадратичная форма:
отрицательно –
определенная или отрицательно –
полуопределенная.
Определение:
Квадратичная форма называется
неопределенной, если она отрицательна
для одних значений
и положительна для других.
Признаки, позволяющие определить, к какому из перечисленных видов относится квадратичная форма.
Составим определители:
,
....
- определителей.
-
Если все определители
то квадратичная форма положительно –
определенная. -
Если в ряду чисел
знаки строго чередуются, то квадратичная
форма отрицательно – определенная. -
Если ранг матрицы
,
то квадратичная форма будет положительно
- полуопределенная , если первые r
определители положительны, а остальные
равны 0. -
Если
,
причем
и в ряду чисел
знаки
чередуются, а остальные определители
,
то квадратичная форма отрицательно –
определенная. -
Если в ряду чисел нет строгого чередования, то квадратичная форма неопределенная.
Квадратичная форма строго вогнута, если она отрицательно – определенная. Вогнута, если отрицательно – полуопределенная. Строго выпуклая, если положительно - определенная, выпуклая – положительно - полуопределенная.
