background image

 
 

Sprawozdanie z laboratorium technik optymalizacji 

 
 

Optymalizacja nieliniowa bez ograniczeń 

 
 
Celem ćwiczenia jest minimalizacja następujących funkcji: 
 
a) 

2

1

2

2

2

1

2

1

2

1

5

.

0

)

,

(

x

x

x

x

x

x

x

x

f

 

 

 

 
Najpierw obliczamy pochodne cząstkowe naszej funkcji: 
 

1

2

2

1

1

x

x

x

f

 

 

 

1

2

1

2

x

x

x

f

 

 
 
 

2

2

1

2

x

f

 

1

2

2

2

x

f

 

1

2

1

2

x

x

f

 

1

1

2

2

x

x

f

 

 
 

background image

Hesjan ma postać: 
 
 

1

1

1

2

H

 ze względu na to, iż 

1

2

2

2

x

f

 czyli <0 to nasza funkcja nie jest funkcją 

wypukłą, może mieć kilka minimów. 
 
Natomiast skoro det H <0 to funkcja ta nie posiada minimów lokalnych. 
 
 
Posługując się programem komputerowym gen2 dobieramy obszar przeszukiwań: 
 

)

10

,

10

(

)

10

,

10

(

2

1

x

x

 

 

Znaleziony optymalny punkt wynosi (-4,513284 , 10) 
 
Leży on na granicy kostki więc rozszerzamy obszar przeszukiwań w kierunku x2: 
 

)

15

,

10

(

)

10

,

10

(

2

1

x

x

 

 

Kolejny znaleziony punkt optymalny wynosi: (-7,003414 , 15) 

 

Znów znajduje się on na granicy kostki, więc po raz kolejny rozszerzamy obszar 
przeszukiwań: 

 

)

20

,

10

(

)

10

,

10

(

2

1

x

x

 

 

i po raz kolejny otrzymujemy punkt optymalny : (-9,51004 ; 20 ). 

 

Punkt ten również znajduje się na granicy kostki.  

 

Na podstawie analizy komputerowej oraz badania funkcji zadanie to okazuje się zadaniem 
nieograniczony. Funkcja ucieka do nieskończoności.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) 

2

1

2

2

2

1

2

1

2

1

5

.

0

)

,

(

x

x

x

x

x

x

x

x

f

 

 

background image

 

 
Najpierw obliczamy pochodne cząstkowe naszej funkcji: 
 

1

2

2

1

1

x

x

x

f

 

 

 

1

2

1

2

x

x

x

f

 

 
 
 

2

2

1

2

x

f

 

1

2

2

2

x

f

 

1

2

1

2

x

x

f

 

1

1

2

2

x

x

f

 

 
 
Hesjan ma postać: 
 
 

1

1

1

2

H

 ze względu na to, iż 

1

2

2

2

x

f

 czyli >0 to nasza funkcja jest funkcją wypukłą. 

 
 
 
 
Natomiast skoro det H >0 to funkcja ta posiada minimów, minimów jej 

0

)

(

 x

f

 

background image

 

5

.

0

)

(

0

0

0

1

0

1

2

0

)

1

;

1

2

(

)

,

(

)

(

^

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

x

f

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

f

x

f

x

f

 

 
 
Znając punkt optymalny przystępujemy do symulacji komputerowej, dobieramy tak kostkę, 
aby punkt ten się w niej znajdował: 
 
 

)

10

,

10

(

)

10

,

10

(

2

1

x

x

 

 
Znalezione optimum (-2,17956*10

-2

; 1,000467), a wartość funkcji w tym, punkcie wynosi  

-0,4993847. 
 

background image

 
c)

2

2

2

1

4

2

4

1

2

1

62

.

0

62

.

0

)

,

(

x

x

x

x

x

x

f

 

 

 

 
 
Znowu zaczynamy od obliczenia pochodnych cząstkowych: 
 
 

1

3

1

1

24

.

1

4

x

x

x

f

   

 

2

3

2

2

24

.

1

4

x

x

x

f

 

 
 
 

24

.

1

12

2

1

2

1

2

x

x

f

 

24

.

1

12

2

2

2

2

2

x

x

f

 

0

2

1

2

x

x

f

 

0

1

2

2

x

x

f

 

 
 
Hesjan ma postać: 
 
 

24

.

1

12

0

0

24

.

1

12

2

2

2

1

x

x

H

 , czyli nasza funkcja jest funkcją wypukłą tylko w 

przypadku, gdy 

0

24

.

1

12

0

2

2

2

2

2

x

x

f

 

background image

czyli gdy 

)

;

321

.

0

(

)

321

.

0

;

(

2



x

 

 
 

Ze względu na to, że szukamy minimum lokalnego również 

0

2

1

2

x

f

, czyli  

)

;

321

.

0

(

)

321

.

0

;

(

1



x

 

 

Aby znaleźć punkt optymalny przyrównujemy gradient funkcji do zera: 

0

)

(

 x

f

 

 

557

.

0

557

.

0

557

.

0

557

.

0

0

0

0

24

.

1

4

0

24

.

1

4

2

1

2

1

2

1

2

3

2

1

3

1

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

 

 
Punkty x1=0 i x2=0 odrzucamy, bo nie należą do obliczonych wyżej przedziałów. 
 
 
Otrzymujemy cztery rozwiązania: 
 
(0.557 ; 0.557)  v   (0.557 ; -0.557)  v   (-0.557 ; 0.557 )   v   (-0.557 ; -0.557). 
 
 
 
 
Przechodzimy do symulacji komputerowej: 
 
1) ustalamy kostkę: 

)

1

,

0

(

)

1

,

0

(

2

1

x

x

 

 
otrzymujemy punkt optymalny : (0.5566968  ;  0.5567175), wartość funkcji w tym punkcie 
wynosi: -0.1922  jest to rozwiązanie zgodne z rzeczywistym minimum. 
 
 
2) ustalamy kostkę: 

)

1

,

0

(

)

0

,

1

(

2

1

x

x

 

 
otrzymujemy punkt optymalny : (-0.5555202  ;  0.5568593), wartość funkcji w tym punkcie 
wynosi: -0.192198  jest to rozwiązanie zgodne z rzeczywistym minimum. 
 
3) ustalamy kostkę: 

)

0

,

1

(

)

0

,

1

(

2

1

x

x

 

 
otrzymujemy punkt optymalny : (-0.5566024  ;  -0.5566248), wartość funkcji w tym punkcie 
wynosi: -0.1921999  jest to rozwiązanie zgodne z rzeczywistym minimum. 
 

background image

4) ustalamy kostkę: 

)

0

,

1

(

)

1

,

0

(

2

1

x

x

 

 
otrzymujemy punkt optymalny : (0.5562384  ;  -0.555672), wartość funkcji w tym punkcie 
wynosi: -0.1921981  jest to rozwiązanie zgodne z rzeczywistym minimum.