《優(yōu)化設(shè)計(jì)理論》課程教學(xué)大綱

1、優(yōu)化設(shè)計(jì)理論課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程代碼：03140322 課程名稱：優(yōu)化設(shè)計(jì)理論 課程英文名稱：Optimizing Design Theory課程所屬單位：機(jī)械系包裝工程教研室課程面向?qū)I(yè)：包裝工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 課程類型：選修課 先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言學(xué)分：1.5 總學(xué)時(shí)：30 （其中理論學(xué)時(shí)：22 上機(jī)學(xué)時(shí)：8） 二、課程性質(zhì)與目的優(yōu)化設(shè)計(jì)是包裝工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)的一門拓寬設(shè)計(jì)方法的選修課。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常用的優(yōu)化方法，能解決工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理等的優(yōu)化問題。三、課程教學(xué)內(nèi)容與要求（一）優(yōu)化設(shè)計(jì)概述1、教學(xué)內(nèi)

2、容與要求了解優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念，即設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)約束和可行區(qū)、目標(biāo)函數(shù)；了解優(yōu)化問題的幾何描述和優(yōu)化過程的幾何描述；理解如何把工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理等實(shí)際問題建立優(yōu)化模型的過程，即建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的過程。2、教學(xué)重點(diǎn) 優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念。3、教學(xué)難點(diǎn) 如何把工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)管理等實(shí)際問題建立優(yōu)化模型的過程，即建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的過程。（二）線性規(guī)劃1、教學(xué)內(nèi)容與要求 了解線性規(guī)劃的基本定理、靈敏度基本概念；理解線性規(guī)劃解的幾何特征、線性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)形、松弛變量、剩余變量；掌握用單純形法求解線性規(guī)劃；掌握用Matlab求解線性規(guī)劃的步驟、方法、函數(shù)。2、教學(xué)重點(diǎn) 單純形法。3、教學(xué)難點(diǎn) 靈敏度基本

3、概念。（三）無約束非線性規(guī)劃1、教學(xué)內(nèi)容與要求 了解多元函數(shù)的極值理論；理解迭代公式X n+1 = X n + S n *的意義；掌握搜索方向S n的不同形成不同的優(yōu)化方法、單峰區(qū)間的進(jìn)退算法、最優(yōu)步長(zhǎng)的確定方法（0.618法）、最速下降法和共軛梯度法、牛頓法和變尺度法；掌握用Matlab求解無約束非線性規(guī)劃的步驟、方法、函數(shù)。2、教學(xué)重點(diǎn) 理解迭代公式X n+1 = X n + S n *的意義，以及S n 、的確定。3、教學(xué)難點(diǎn) 變尺度法、海賽矩陣（Hessian）。（四）約束非線性規(guī)劃1、教學(xué)內(nèi)容與要求了解最優(yōu)性條件；理解如何把約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為一系列無約束優(yōu)化問題；掌握懲罰函數(shù)法（內(nèi)點(diǎn)

4、法、外點(diǎn)法）；掌握用Matlab求解約束非線性規(guī)劃的步驟、方法、函數(shù)。2、教學(xué)重點(diǎn) 理解如何把約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為一系列無約束優(yōu)化問題。3、教學(xué)難點(diǎn) 最優(yōu)性條件。（五）優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例1、教學(xué)內(nèi)容與要求 通過幾個(gè)工程實(shí)例介紹使學(xué)生了解建立優(yōu)化設(shè)計(jì)問題數(shù)學(xué)模型的過程。2、教學(xué)重點(diǎn) 實(shí)際問題目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量、約束條件的確定。3、教學(xué)難點(diǎn)對(duì)實(shí)際問題優(yōu)化方法的選擇。（六）上計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 見優(yōu)化設(shè)計(jì)理論課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱四、學(xué)時(shí)分配學(xué)時(shí)分配表序號(hào)教學(xué)內(nèi)容（按章填寫）學(xué) 時(shí)課堂授課實(shí)驗(yàn)課習(xí)題課討論課上機(jī)1優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的概述22線性規(guī)劃4223無約束非線性規(guī)劃644約束非線性規(guī)劃45優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例222小計(jì)18228

5、比例60%6.67%6.67%26.63%合計(jì)30五、教學(xué)環(huán)節(jié)與教學(xué)要求本課程采用的主要教學(xué)環(huán)節(jié)有課堂講授、上機(jī)、習(xí)題課、討論課及作業(yè)布置等。課堂講授采用啟發(fā)式、研究性的教學(xué)方法； 本課程安排四次上機(jī)練習(xí)：“一個(gè)線性規(guī)劃問題的Matlab優(yōu)化工具箱應(yīng)用”、“基于Matlab一維尋優(yōu)方法（0.618法）的編程”、“基于Matlab無約束非線性規(guī)劃的編程”、“基于Matlab約束非線性規(guī)劃的編程或應(yīng)用Matlab優(yōu)化工具箱解決一個(gè)工程實(shí)際優(yōu)化問題”。其目的是：一是通過編程理解優(yōu)化算法的迭代過程；二是利用Matlab優(yōu)化工具箱解決工程實(shí)際優(yōu)化問題的能力；本課程安排工程優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例討論課，其目的是培養(yǎng)

6、學(xué)生解決實(shí)際問題的能力；作業(yè)布置四次，分別安排在優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的概述、線性規(guī)劃、無約束非線性規(guī)劃、約束非線性規(guī)劃，每次題量2-3題；在本課程的講授中，把本課程的一些主要專業(yè)英語(yǔ)詞匯介紹給學(xué)生：最優(yōu)化（optimization） 優(yōu)化設(shè)計(jì)（optimum design） 數(shù)學(xué)規(guī)劃（mathematical programming） 設(shè)計(jì)變量（design variable） 約束條件（constrained condition） 可行區(qū)（feasible region） 目標(biāo)函數(shù)（objective function） 線性規(guī)劃（linear programming） 非線性規(guī)劃（non-line

7、ar programming） 動(dòng)態(tài)規(guī)劃（dynamic programming） 整數(shù)規(guī)劃（integer programming） 混合整數(shù)規(guī)劃（mixed integer programming） 復(fù)形法（simplex method） 可行方向法（feasible direction） 全局的（global） 局部的（local） 幾何規(guī)劃（geometric programming） 黃金分割法（golden section method） 共軛梯度法（gradient projection） 拉哥郎乘子（Lagrange multipliers） 最大（maximum） 最小（minimum）六、課程考核辦法 本課程為考查課，四次上機(jī)練習(xí)內(nèi)容及平時(shí)成績(jī)占30%；課程論文或期末考試成績(jī)占70%。七、教材與主要參考書教材：施光燕等. 最優(yōu)化方法. 北京：高等教育出版社. 1999年9月第