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优化工具箱的使用 MATLAB的优化工具箱提供了各种优化函数,这些优化函数可以通过在命令行输入相应的函数名加以调用;此外为了使用方便,MATLAB还提供了图形界面的优化工具(GUIOptimizationtool)。 1GUI优化工具 1.1GUI优化工具的启动 有两种启动方法: (1)在命令行输入optimtool; (2)在MATLAB主界面单击左下角的“Start”按钮,然后依次选择“Toolboxes→Optimization→Optimizationtool” 1.2GUI优化工具的界面 界面分为三大块: 左边(ProblemSetupandResults)为优化问题的描述及计算结果显示; 中间(Options)为优化选项的设置; 右边(QuickReference)为帮助。为了界面的简洁,可以单击右上角“<<”、“>>”的按钮将帮助隐藏或显示。 1、优化问题的描述及计算结果显示 此板块主要包括选择求解器、目标函数描述、约束条件描述等部分。 选择合适的求解器以及恰当的优化算法,是进行优化问题求解的首要工作。 Solver:选择优化问题的种类,每类优化问题对应不同的求解函数。 Algorithm:选择算法,对于不同的求解函数,可用的算法也不同。 Problem框组用于描述优化问题,包括以下内容: Objectivefunction:输入目标函数。 Derivatives:选择目标函数微分(或梯度)的计算方式。 Startpoint:初始点。 Constraints框组用于描述约束条件,包括以下内容: Linearinequalities:线性不等式约束,其中A为约束系数矩阵,b代表约束向量。 Linearequalities:线性等式约束,其中Aeq为约束系数矩阵,beq代表约束向量。 Bounds:自变量上下界约束。 NonlinearConstraintsfunction;非线性约束函数。 Derivatives:非线性约束函数的微分(或梯度)的计算方式。 Runsolverandviewresults框组用于显示求解过程和结果。 (对于不同的优化问题类型,此板块可能会不同,这是因为各个求解函数需要的参数个数不一样,如Fminunc函数就没有Constraints框组。) 2、优化选项(Options) Stoppingcriteria:停止准则。 Functionvaluecheck:函数值检查。 User-suppliedderivatives:用户自定义微分(或梯度)。 Approximatedderivatives:自适应微分(或梯度)。 Algorithmsettings:算法设置。 Inneriterationstoppingcriteria:内迭代停止准则。 Plotfunction:用户自定义绘图函数。 Outputfunction:用户自定义输出函数。 Displaytocommandwindow:输出到命令行窗口。 对于不同的优化问题类型,此板块也会不同, 3、帮助(QuickReference) 每选择一个函数求解器,帮助部分都有对这个函数的功能说明,同时还会给出相应的各个输入项说明。 1.3GUI优化工具的使用步骤 (1)选择求解器Solver和优化算法。 (2)选定目标函数。 (3)设定目标函数的相关参数。 (4)设置优化选项。 (5)单击“Start”按钮,运行求解。 (6)查看求解器的状态和求解结果。 (7)将目标函数、选项和结果导入/导出。(在菜单文件中寻找) 1.4GUI优化工具的应用实例 1、无约束优化(fminunc求解器) fminunc求解器可用的算法有两种: Largescale(大规模算法) Mediumscale(中等规模算法) 对于一般问题,采用中等规模算法即可。 例1:用优化工具求的极小值,初始点取x=0。 解:首先在当前MATLAB的工作目录下建立目标函数文件Fununc1.m文件: functiony=FunUnc1(x)%function必须为小写,如果F为大写则不行 y=x^2+4*x-6;%平方符号输入时用键盘上数字6上的符合,否则错误 然后启动优化工具: 在Solver下拉选框中选择fminunc; Algorithm下拉选框中选择Mediumscale; 目标函数栏输入@FunUnc1;%运算时输入函数不知什么原因老有错误,直接输入目标函数却没有错误 初始点输入0,其余参数默认; 单击“Start”按钮运行。 从求解结果可以看出,函数的极小值为-10,且在x=-2时取到,而且从Currentiteration框可以看出迭代的步数。 对于函数形式比较简单的情况,可以直接输入目标函数,而不用建立目标函数文件,在目标函数栏中直接输入@(x)x^2+4*x-