理论教育 DFP变尺度法优化策略

DFP变尺度法优化策略

更新时间:2026-01-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:DFP变尺度法的迭代公式为式中A是n×n阶对称矩阵。DFP变尺度法的迭代步骤如下:1)给定初始点X∈En,允许误差ε>0。DFP变尺度法的迭代过程如图4-5所示。图4-5 DFP变尺度法程序框图 试用DFP变尺度法求目标函数f=2x21+x22+x1x2的极小点及极小值。DFP变尺度法的主要缺点是存储量较大,以及因DFP公式中含有近似矩阵A,计算中容易引起数值不稳定。

DFP变尺度法的迭代公式为

图示

式中Akn×n阶对称矩阵。因为它是用来取代[HXk)]-1的,且在每次迭代计算中有变化,故称为变尺度矩阵。其递推形式为

Ak+1)=Ak+Ek (4-11)

式中Ek为修正矩阵,可由下式确定:

图示

式中

图示

式(4-12)是Davidon于1959年提出,后经Fletcher和Powell修改和证明,故变尺度法又称为DFP法,式(4-12)称为DFP公式。

DFP变尺度法的迭代步骤如下:

1)给定初始点X(0)En,允许误差ε>0。

2)检验是否满足收敛条件图示,若满足,则停止迭代,X*=X(0);否则进行3)。

3)给定初始矩阵A(0)=I,置ΔfX(0))⇒G(0),0⇒k

4)置AkGkSk

5)求hk,可用下列两式计算:

图示

图示

6)令Xk+1)=Xk+hkSk

7)检验是否满足条件满足图示,若满足,则停止迭代,X*=Xk+1);否则,当k=n时,置Xk+1)X(0),返回进行3);当kn时,令Gk+1)fXk+1)),计算:

图示

8)置k+1⇒k,返回进行4)。

DFP变尺度法的迭代过程如图4-5所示。

图示

图4-5 DFP变尺度法程序框图

【例4-4】 试用DFP变尺度法求目标函数fX)=2x21+x22+x1x2的极小点及极小值。(https://www.daowen.com)

解 给定初始点为X(0)=[0.371,0.116]T,和允许误差ε=0.001。

图示

因为图示

故进行第一次迭代计算。

第一次迭代计算:

给定初始矩阵 图示

图示

图示

h(0):

图示

于是

图示

图示

第二次迭代计算:

图示

图示

h(1)

图示

于是 图示

因为 图示

图示

故需继续进行迭代计算,最后得到:

图示

fX*)=0.000245973206

上述迭代过程表明,DFP变尺度法在目标函数fX)的梯度向量易求的情况下,是比较有效的一种最优化方法。理论上可证明其搜索方向是相互共轭的,对于n维正定二次函数来说,只需n次迭代即可收敛,因此它也具有二次收敛速度。对于非二次函数,其收敛速度介于牛顿法和梯度法之间。DFP变尺度法的主要缺点是存储量较大,以及因DFP公式中含有近似矩阵Ak,计算中容易引起数值不稳定。

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