第三講優(yōu)化工具箱

第三講優(yōu)化工具箱演示文稿當(dāng)前1頁(yè)，總共21頁(yè)。（優(yōu)選）第三講優(yōu)化工具箱當(dāng)前2頁(yè)，總共21頁(yè)。本書(shū)導(dǎo)讀圖當(dāng)前3頁(yè)，總共21頁(yè)。本書(shū)使用指南當(dāng)前4頁(yè)，總共21頁(yè)。給讀者的建議當(dāng)前5頁(yè)，總共21頁(yè)。本書(shū)主要特色1．內(nèi)容由淺入深、層次性強(qiáng)2．緊密圍繞MATLAB，系統(tǒng)性強(qiáng)3．算法程序及實(shí)例豐富，實(shí)用性強(qiáng)4．算法編程實(shí)現(xiàn)，指導(dǎo)性強(qiáng)5．語(yǔ)言簡(jiǎn)潔精煉，可讀性強(qiáng)當(dāng)前6頁(yè)，總共21頁(yè)。1工具箱概述1.1工具箱的功能1.2工具箱的新特色1.3工具箱的結(jié)構(gòu)2工具箱函數(shù)3GUI優(yōu)化工具3.1GUI優(yōu)化工具的啟動(dòng)3.2GUI優(yōu)化工具的界面3.3GUI優(yōu)化工具使用步驟3.4GUI優(yōu)化工具應(yīng)用實(shí)例4小結(jié)第三講MATLAB優(yōu)化工具箱當(dāng)前7頁(yè)，總共21頁(yè)。1工具箱概

1.1工具箱的功能優(yōu)化工具箱主要可以用于解決以下問(wèn)題：（1）求解無(wú)約束條件非線性極小值；（2）求解約束條件下非線性極小值，包括目標(biāo)逼近問(wèn)題、極大-極小值問(wèn)題以及半無(wú)限極小值問(wèn)題；（3）求解二次規(guī)劃和線性規(guī)劃問(wèn)題；（4）非線性最小二乘逼近和曲線擬合；（5）非線性系統(tǒng)的方程求解；（6）約束條件下的線性最小二乘優(yōu)化；（7）求解復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大規(guī)模優(yōu)化問(wèn)題。當(dāng)前8頁(yè)，總共21頁(yè)。1.2工具箱的新特色MATLABR2008b提供的優(yōu)化工具箱是4.1版本，4.1版本較之以前的3.x版本，主要增加了以下新的特色。（1）函數(shù)fmincon、fminimax和fgoalattain中引入了并行機(jī)制，加快了梯度的計(jì)算速度；（2）函數(shù)gatool和psearchtool整合到優(yōu)化工具箱GUI中；（3）函數(shù)fmincon的求解器中新增內(nèi)點(diǎn)算法；（4）提供了KNITRO優(yōu)化庫(kù)的接口；（5）函數(shù)lsqcurvefit、lsqnonlin和fsolve的優(yōu)化選項(xiàng)參數(shù)PrecondBandWidth默認(rèn)值由0變?yōu)閕nf；（6）優(yōu)化選項(xiàng)參數(shù)TolConSQP的默認(rèn)值修改為1e–6；（7）輸出結(jié)構(gòu)中引入了參數(shù)constrviolation。當(dāng)前9頁(yè)，總共21頁(yè)。1.3工具箱的結(jié)構(gòu)當(dāng)前10頁(yè)，總共21頁(yè)。2工具箱函數(shù)當(dāng)前11頁(yè)，總共21頁(yè)。函數(shù)輸入?yún)?shù)當(dāng)前12頁(yè)，總共21頁(yè)。函數(shù)輸出參數(shù)當(dāng)前13頁(yè)，總共21頁(yè)。模型輸入時(shí)需要注意的問(wèn)題（1）目標(biāo)函數(shù)最小化優(yōu)化函數(shù)fminbnd、fminsearch、fminunc、fmincon、fgoalattain、fminmax和lsqnonlin都要求目標(biāo)函數(shù)最小化。（2）約束非正優(yōu)化工具箱要求非線性不等式約束的形式為Ci(x)≤0，通過(guò)對(duì)不等式取負(fù)可以達(dá)到使大于零的約束形式變?yōu)樾∮诹愕牟坏仁郊s束形式的目的。（3）避免使用全局變量ceModel.vi”等VI來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前14頁(yè)，總共21頁(yè)。3GUI優(yōu)化工具優(yōu)化工具（optimtool）是2006年9月在MATLAB7.2版本優(yōu)化工具箱3.1版本中推出的，它是執(zhí)行下列常見(jiàn)優(yōu)化任務(wù)的圖形用戶界面。選擇求解器并定義優(yōu)化問(wèn)題；設(shè)置和檢查優(yōu)化選項(xiàng)；運(yùn)行問(wèn)題并將結(jié)果可視化；在MATLAB工作空間和優(yōu)化工具之間導(dǎo)入和導(dǎo)出問(wèn)題定義、算法選項(xiàng)和結(jié)果；自動(dòng)生成M文件代碼，以獲取工作并自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)；帶有圖形選項(xiàng)，用來(lái)顯示對(duì)求解器執(zhí)行期間進(jìn)度的預(yù)定義或自定義測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前15頁(yè)，總共21頁(yè)。3.1GUI優(yōu)化工具的啟動(dòng)圖5-2優(yōu)化工具圖形界面的菜單啟動(dòng)方式

圖5-3優(yōu)化工具圖形界面

啟動(dòng)GUIOptimizationtool有以下兩種方法。（1）在命令行上輸入optimtool；（2）在MATLAB主界面單擊左下角的“Start”按鈕，然后依次選擇“Toolboxes→Optimization→Optimizationtool(optimtool)。當(dāng)前16頁(yè)，總共21頁(yè)。3.2GUI優(yōu)化工具的界面GUI優(yōu)化工具的界面主要分為三大塊：左邊為優(yōu)化問(wèn)題的描述及計(jì)算結(jié)果顯示（ProblemSetupandResults）；中間為優(yōu)化選項(xiàng)的設(shè)置（Options）；右邊為幫助（QuickReference）。為了界面的簡(jiǎn)潔，可以單擊右上角的“<<”按鈕將幫助隱藏起來(lái)。2．優(yōu)化選項(xiàng)GUI優(yōu)化工具的優(yōu)化選項(xiàng)包括9大類。Stoppingcriteria：停止準(zhǔn)則；Functionvaluecheck：函數(shù)值檢查；User-suppliedderivatives：用戶自定義微分（或梯度）函數(shù)；Approximatedderivatives：自適應(yīng)微分（或梯度）；Algorithmsettings：算法設(shè)置；Inneriterationstoppingcriteria：內(nèi)迭代停止準(zhǔn)則；Plotfunctions：用戶自定義繪圖函數(shù)；Outputfunctions：用戶自定義輸出函數(shù)；Displaytocommandwindow：輸出到命令行窗口。當(dāng)前17頁(yè)，總共21頁(yè)。3.3GUI優(yōu)化工具使用步驟GUI優(yōu)化工具的基本使用步驟如下。

1、選擇求解器solver和優(yōu)化算法；

2、選定目標(biāo)函數(shù)；

3、設(shè)定目標(biāo)函數(shù)的相關(guān)參數(shù)；

4、設(shè)置優(yōu)化選項(xiàng)；

5、單擊“Start”按鈕，運(yùn)行求解；

6、查看求解器的狀態(tài)和求解結(jié)果；

7、將目標(biāo)函數(shù)、選項(xiàng)和結(jié)果導(dǎo)入/導(dǎo)出。當(dāng)前18頁(yè)，總共21頁(yè)。3.4GUI優(yōu)化工具應(yīng)用實(shí)例例5-1 fminunc求解器應(yīng)用實(shí)例。例5-2 fminsearch求解器應(yīng)用實(shí)例。例5-3 fmincon求解器應(yīng)用實(shí)例。例5-4 lsqnonlin求解器應(yīng)用實(shí)例。例5-5 linprog求解器應(yīng)用實(shí)例。例5-6 ga求解器應(yīng)用實(shí)例。當(dāng)前19頁(yè)，總共21頁(yè)。無(wú)約束優(yōu)化（fminunc求解器）建立目標(biāo)函數(shù)文件FunUnc.m文件：functiony=FunUnc(x)y=x^2+4*x-6;然后啟動(dòng)優(yōu)化工具：在Solver下拉選框中選擇fminunc；Algorithm下拉選框中選擇Mediumscale；目標(biāo)函數(shù)欄輸入@FunUnc；初始點(diǎn)輸入0，其余參數(shù)默認(rèn)；單擊Start按鈕運(yùn)行。圖5-5無(wú)約束優(yōu)化實(shí)例

當(dāng)前20頁(yè)，總共21頁(yè)。無(wú)約束優(yōu)化（fminsearch求解器）啟動(dòng)優(yōu)化工具：然