最优化Armijo算法确定步长的最速下降法
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最速下降法Matlab实现实验目的:1.掌握迭代法求解无约束最优化问题的基本思想2.通过实验掌握最速下降法的Matlab算法的基本步骤实验内容:1.迭代法求解无约束最优化问题的基本思想给定一个初始点x(0), 按照某一迭代规则产生一个迭代序列{x(k)}. 使得若该序列是有限的, 则最后一个点就是原问题的极小点; 否则, 若序列{x(k)} 是无穷点列时, 它有极限点且这个极限点即为原问题的极小点.设x(k) 为第k 次迭代点, d(k) 为第k 次搜索方向, a(k)为第k 次步长因子, 则第k 次迭代完成后可得到新一轮(第k + 1 次) 的迭代点x(k+1) = x(k) + a(k) d(k).2.无约束优化问题迭代算法的一般框架步0 给定初始化参数及初始迭代点x(0). 置k := 0.步1 若x(k) 满足某种终止准则, 停止迭代, 以x(k) 作为近似极小点.步2 通过求解x(k) 处的某个子问题确定下降方向d(k).步3 通过某种搜索方式确定步长因子a(k), 使得f(x(k) + a(k) d(k)) < f(x(k)).步4 令x(k+1) := x(k) + a(k) d(k), k := k + 1, 转步1.3. 最速下降法的基本步骤步0 选取初始点x(0) ∈R^n, 容许误差0 ≤e ≪1. 令k := 1.步1 计算g(k) = ∇f(x(k)). 若‖g(k)‖≤e, 停算, 输出x(k)作为近似最优解.步2 取方向d(k)= −g(k).步3 由线搜索技术确定步长因子a(k),即min f(a(k))=f(x(k)+a(k)d(k)).步4 令x(k+1) := x(k) + a(k)d(k)), k := k + 1, 转步1.4. 编写最速下降法Matlab 程序5. 利用程序求解无约束最优化问题f(x,y)=x^2+2y^2的最优值.。
最优化Armijo算法确定步长的最速下降法资料最速下降法是最优化算法中最简单、最基础的一种方法,但其收敛速度较慢且容易陷入局部最优解。
因此,在最速下降法的基础上,可以通过引入步长的方法来提高算法的收敛速度。
而Armijo算法就是一种常见的用于确定步长的方法。
最速下降法基础假设我们要最小化目标函数f(x),那么最速下降法的思路就是从一个初始点x0开始,不断朝着负梯度方向进行迭代,直到找到最优解x∗,即:$x_{k+1} = x_k - \\alpha_k \ abla f(x_k)$其中,ablaf(x k)是f(x)在x k处的梯度,$\\alpha_k$ 是步长(也称为学习率),表示每次迭代的步长大小。
但这里还有一个问题:如何确定每次迭代的步长呢?Armijo算法Armijo算法是一种基于梯度下降法的步长确定方法。
它的思路是,每次迭代的步长不应该过大,否则容易导致超出收敛区域。
同时,步长也不应该过小,否则收敛速度会变得非常缓慢。
因此,步长的大小应该恰到好处,即在一定范围内找到一个最优的步长大小。
具体地,Armijo算法通过二分搜索的方法,在可行步长范围内找到一个最优的步长 $\\alpha_k$。
具体过程如下:1.首先初始化 $\\alpha_0$,并设定一些参数,如尝试步长大小t、可行步长下界 $\\tau$ 和函数下降的最小比例 $\\gamma$。
2.计算目标函数f(x k−t ablaf(x k)),以及根据一定准则确定下一个$\\alpha$。
3.如果 $f(x_k - \\alpha_k\ abla f(x_k))$ 函数值比f(x k)减小了一些比例$\\gamma$,则认为当前 $\\alpha_k$ 是可行的步长。
4.如果当前 $\\alpha_k$ 不是可行的步长,则将其折半,即 $\\alpha_k\\leftarrow \\alpha_k/2$,直到找到一个可行的步长为止。
数学与计算科学学院
实验报告
实验项目名称使用精确搜索算法确定步长的最速下降法所属课程名称最优化方法
实验类型算法编程
实验日期201
班级
学号
姓名
成绩
令,k:=k+1
【实验结论】
最小值:0.0006096631611
最优解时:x1=0.0329218107
X2=-0.008230452675
附录1:源程序
附录2:实验报告填写说明
1.实验项目名称:要求与实验教学大纲一致.
2.实验目的:目的要明确,要抓住重点,符合实验教学大纲要求.
3.实验原理:简要说明本实验项目所涉及的理论知识.
4.实验环境:实验用的软、硬件环境.
5.实验方案(思路、步骤和方法等):这是实验报告极其重要的内容.概括整个实验过程.
对于验证性实验,要写明依据何种原理、操作方法进行实验,要写明需要经过哪几个步骤来实现其操作.对于设计性和综合性实验,在上述内容基础上还应该画出流程图、设计思路和设计方法,再配以相应的文字说明.对于创新性实验,还应注明其创新点、特色. 6.实验过程(实验中涉及的记录、数据、分析):写明具体实验方案的具体实施步骤,包括实验过程中的记录、数据和相应的分析.
7.实验结论(结果):根据实验过程中得到的结果,做出结论.
8.实验小结:本次实验心得体会、思考和建议.
9.指导教师评语及成绩:指导教师依据学生的实际报告内容,给出本次实验报告的评价.。
最速梯度下降法梯度下降法作为一种优化算法,可以用于解决众多的机器学习问题。
在梯度下降法的基础上,最速梯度下降法进一步优化了求解速度,同时也增强了算法的收敛性。
本文就对最速梯度下降法做一些详细介绍和分析。
最速梯度下降法的简介最速梯度下降法(Steepest Descent)是一种梯度下降优化算法,也是最早被提出的一种梯度下降法,旨在最小化一个连续可导的目标函数。
该算法通过沿负梯度方向迭代的方式优化模型,支持凸函数和非凸函数的优化,是一种常用的凸性和非凸性优化方法。
它在支持芯片设计、信号处理、图像处理和机器学习等任务中都有广泛应用。
最速梯度下降法的原理最速梯度下降法的原理是以梯度下降法为基础的,通过选择目标函数每一步的最优步长进行更新,从而加速了收敛,因此被称为最速算法。
梯度下降法是通过计算目标函数的梯度,沿着梯度方向不断移动,从而实现最小化目标函数的优化过程。
因此,最速梯度下降法也依赖于目标函数的梯度,每一步的向量更新可通过以下公式来计算:x^{(k+1)}=x^{(k)}-\alpha_k\bigtriangledownf(x^{(k)})其中, x^{(k)} 代表第 k 步迭代时的位置,\bigtriangledown f(x^{(k)}) 代表在 x^{(k)} 处的梯度,α_{k} 代表步长。
在这个迭代过程中,如果选择合适的步长,就可以实现最速收敛。
最速梯度下降法针对性地选择每一步的最优步长,因此提高了收敛速度和稳定性。
损失函数在某些情况下也会很坚固,因此,当损失函数是凸函数的时候,最速梯度下降法总是能够找到全局最优解。
最速梯度下降法的优缺点最速梯度下降法的优点主要有以下几点:1. 实现简单:由于是在梯度下降法的基础上进行优化,因此非常容易理解和实现。
2. 收敛速度快: 由于算法能够准确地选择每一步的最优步长,因此收敛速度更快。
3. 对于许多不平滑和非凸函数的优化都很有效。
但是,最速梯度下降法也有其缺点:1. 选取步长困难: 最速梯度下降法每一次都要找到最优的步长,但是这个步长很难求出。
MATLAB最速下降法引言最速下降法是一种优化算法,以迭代的方式寻找函数的最小值。
在MATLAB中,可以使用最速下降法对函数进行优化。
本文将详细介绍MATLAB中最速下降法的原理、应用和实现方法。
最速下降法原理最速下降法也称为梯度下降法,其核心思想是在每个迭代步骤中,沿着当前位置的负梯度方向下降,以实现函数的局部最小化。
最速下降法的迭代公式如下:x(k+1) = x(k) - λ * ∇f(x(k))其中,x(k+1)为下一次迭代的位置,x(k)为当前位置,λ为步长(学习率),∇f(x(k))为函数f(x)在x(k)点的梯度。
最速下降法的应用最速下降法广泛应用于函数优化、机器学习等领域。
它可以用来解决以下问题: 1. 函数优化:最速下降法可以根据函数的梯度信息找到函数的局部最小值,从而实现函数优化。
2. 机器学习:在机器学习中,最速下降法可以用于参数的求解,以最小化损失函数。
MATLAB中的最速下降法在MATLAB中,可以使用fminunc函数来实现最速下降法。
下面是使用MATLAB实现最速下降法的步骤: 1. 定义目标函数:首先,需要定义一个目标函数,即待优化的函数。
2. 定义初始值:选择一个合适的初始值作为最速下降法的起点。
3. 设置迭代终止条件:可以设置迭代次数上限或设定迭代误差阈值。
4. 调用fminunc函数:使用fminunc函数进行最速下降法的优化。
5. 获取优化结果:获取优化后的最优解和函数值。
下面是一个使用最速下降法优化的例子:% 定义目标函数function f = myfunc(x)f = (x(1)-1)^2 + (x(2)-2)^2;end% 定义初始值x0 = [0, 0];% 调用fminunc函数进行最速下降法的优化[xopt, fopt] = fminunc(@myfunc, x0);最速下降法的优缺点最速下降法的优点包括:简单易实现、收敛速度较快。
然而,最速下降法也存在一些缺点: 1. 收敛速度慢:最速下降法的收敛速度较慢,特别是对于目标函数呈现弯曲形状的情况。
最速下降法的基本原理解析标题:最速下降法的基本原理解析摘要:本文将详细解析最速下降法(steepest descent method)的基本原理。
最速下降法是一种经典的优化算法,广泛应用于数学、物理、工程等领域。
文章将从简单的示例开始,逐步深入探讨最速下降法的数学原理和迭代过程,并讨论其优缺点及适用范围。
最后,本文将分享对最速下降法的观点和理解。
1. 引言在优化问题中,最速下降法是一种常见且有效的方法。
它通过不断朝着损失函数梯度的反方向进行迭代,以寻求损失函数的最小值点。
最速下降法的基本原理是尽可能减小目标函数的变化率,从而逐步接近最优解。
2. 数学原理最速下降法的核心思想是在每次迭代中,沿着梯度的方向下降,以逐步接近最优解。
对于多元函数,最速下降法可以表示为以下迭代公式:其中,x是待求解的变量,α是学习率或步长,∇f(x)是目标函数f(x)的梯度。
该迭代过程将反复执行,直到满足停止条件。
3. 迭代过程及示例为了更好地理解最速下降法的迭代过程,我们以一个简单的二次函数为例进行说明。
假设目标函数f(x) = x^2,我们的目标是找到使f(x)最小的x。
根据最速下降法的迭代公式,我们有:x(n+1) = x(n) - α * 2x(n)其中,x(n)表示第n次迭代的x值。
通过不断迭代,我们可以逐步接近最优解x=0,即f(x)的最小值。
4. 优缺点及适用范围最速下降法具有以下优点:- 简单易实现:最速下降法的数学原理简单,迭代公式易于实现。
- 可用于非线性问题:最速下降法适用于求解非线性问题,并能得到较好的结果。
然而,最速下降法也存在一些缺点:- 收敛速度慢:最速下降法收敛速度较慢,在某些情况下可能需要较多的迭代次数。
- 受初始点选择影响:最速下降法的收敛性和结果受初始点的选择影响,有时可能收敛到局部最优解而非全局最优解。
最速下降法适用于大多数连续可导的优化问题,特别是在解空间较小且问题表达简单的情况下。
armijo准则面对众多优化算法,有一种叫做Armijo准则的准则经常被用来寻找最佳解,它有着优异的性能,受到越来越多的重视。
在本节中,我们将介绍Armijo准则的原理,探讨它为各类优化算法带来的价值,并进一步分析它的应用与实现。
一、介绍Armijo准则Armijo准则,是由美国数学家R. Armijo于1966年提出的一种梯度下降法,它通过调整步长和方向,帮助优化算法寻找最优解。
Armijo准则可以用于求解凸优化问题,也可用于许多优化算法中,比如收敛性检验、步长确定等问题。
Armijo准则有如下几个步骤:1.先,找到一个符合凸函数满足条件的梯度方向。
2.定一个步长,使得函数值在梯度方向上减小。
3.复此操作,知道最终达到局部最优解。
Armijo准则的优点在于它有利于减小函数值,从而使搜索范围变得越来越小,而且它具备较强的收敛性,因此可以大大提高优化的效率。
二、Armijo准则的价值Armijo准则的价值是显而易见的。
首先,它具有较强的收敛性,可以更有效地搜索优化解。
其次,它对搜索范围有较好的控制,可以有效避免过度搜索引起的搜索范围扩大现象。
最后,它可以更好地封装所有优化算法,减少编程中的复杂性,有效的提升计算效率。
三、Armijo准则的应用与实现Armijo准则的应用非常广泛,它可用于求解凸优化问题、加速算法和稀疏优化问题等。
最常见的应用是在梯度下降法中求解目标函数值,这些算法可以更有效地收敛优化。
除此之外,Armijo准则还常被用来优化凸优化问题,因为它可以更快速地找到局部最优解。
实现Armijo准则的主要步骤如下:1.先,找到函数的梯度方向。
2.定一个适当的步长,使得函数值不再增加。
3. 不断优化步长,控制函数在梯度方向上的增长量,最终找到局部最优解。
四、结论Armijo准则是一种被广泛使用的优化算法,它可以有效地收敛到局部最佳解,并且具有更强的收敛性和计算效率。
因此,Armijo 准则在数学优化、过程控制、图像处理等多个领域具有重要的应用价值。
armijo准则Armijo准则(又称Armijo条件)是一种常用的梯度下降法的收敛条件,广泛应用于求解最优解的算法中。
在计算机科学领域,它是一种以指定量级线性搜索作为收敛条件的基本算法。
它是由美国科学家Leonard Armijo于1966年提出的。
Armijo准则的定义如下:给定函数f(x),令α>0,γ>0,则满足条件: f(x +d) f(x) -α∥d∥2为Armijo准则,其中d为当前点x及当前步长α的搜索方向。
Armijo准则的求解主要用于寻找最优解的算法,它包括最优化的确定与非确定的算法,如梯度下降法、拉格朗日乘数法、Newton法等。
梯度下降法是最经典的最优化算法之一,它以迭代更新梯度方向的最优解,并自动选择步长α,达到最优解。
为了使得梯度下降法更快更好地收敛,很多人考虑了增加步长约束条件以避免无穷迭代,其中Armijo准则可以作为收敛条件,它以一定比例来减小步长,使得下一步乘子估计更加准确。
Armijo准则的特点如下:1,是一种简单的收敛标准,可以有效避免无穷迭代;2,自动调整步长,使得下一步更准确;3,它具有一定的超参数,能够提升算法的性能;4,它的收敛速度不够快,可能无法达到更高精度的结果。
Armijo准则在最优化算法中的应用很广泛,从参数优化到机器学习模型数量学习等,它可以改进算法的收敛性,加快算法的收敛速度,提升算法的精度。
此外,它还可以应用于深度学习模型的训练,提高模型的准确率。
在实际应用中,需要注意的是,Armijo准则的超参数α和γ的设置会直接影响算法的收敛速度和精度,所以,应用时必须谨慎给出合理的参数。
总之,Armijo准则是一种常用的收敛条件,它可以有效提升最优化算法的收敛性和准确率,但是在实际应用中,应仔细设定超参数以获得更好的结果。
数学与计算科学学院
实验报告
实验项目名称使用精度搜索算法确定步长的最速下降法
所属课程名称最优化方法
实验类型算法编程
实验日期2015.11.6
班级信计1201
学号
姓名
成绩
【实验小结】(收获体会)
附录1:源程序
附录2:实验报告填写说明
1.实验项目名称:要求与实验教学大纲一致。
2.实验目的:目的要明确,要抓住重点,符合实验教学大纲要求。
3.实验原理:简要说明本实验项目所涉及的理论知识。
4.实验环境:实验用的软、硬件环境。
5.实验方案(思路、步骤和方法等):这是实验报告极其重要的内容。
概括整个实验过程。
对于验证性实验,要写明依据何种原理、操作方法进行实验,要写明需要经过哪几个步骤来实现其操作。
对于设计性和综合性实验,在上述内容基础上还应该画出流程图、设计思路和设计方法,再配以相应的文字说明。
对于创新性实验,还应注明其创新点、特色。
6.实验过程(实验中涉及的记录、数据、分析):写明具体实验方案的具体实施步骤,包括实验过程中的记录、数据和相应的分析。
7.实验结论(结果):根据实验过程中得到的结果,做出结论。
8.实验小结:本次实验心得体会、思考和建议。
9.指导教师评语及成绩:指导教师依据学生的实际报告内容,给出本次实验报告的评价。
最速下降法(Python实现)最速下降法(Python实现)使⽤最速下降法⽅向,分别使⽤Armijo准则和Wolfe准则来求步长求解⽅程f(x1,x2)=(x21−2)4+(x1−2x2)2的极⼩值import numpy as npimport tensorflow as tfdef fun(x): # 函数f(x)# return 100 * (x[0] ** 2 - x[1]) ** 2 + (x[0] - 1) ** 2 测试⽤return (x[0] - 2) ** 4 + (x[0] - 2 * x[1]) ** 2def gfun(x): # 梯度gradx = tf.Variable(x, dtype=tf.float32)with tf.GradientTape() as tape:tape.watch(x)z = fun(x)return tape.gradient(z, x).numpy() # 这⾥使⽤TensorFlow来求梯度,直接⼿算梯度返回也⾏# return np.array([4 * (x[0] - 2) ** 3 + 2 * (x[0] - 2*x[1]), -4 * (x[0] - 2*x[1])])def grad_wolfe(fun, gfun, x0): # 使⽤wolfe准则来求步长因⼦的最速下降法maxk = 5000k = 0epsilon = 1e-5while k < maxk:gk = gfun(x0)dk = -gkif np.linalg.norm(dk) < epsilon:breakrho = 0.4sigma = 0.5a = 0b = np.infalpha = 1while True:if not ((fun(x0) - fun(x0 + alpha * dk)) >= (-rho * alpha * gfun(x0).T @ dk)):b = alphaalpha = (a + alpha) / 2continueif not (gfun(x0 + alpha * dk).T @ dk >= sigma * gfun(x0).T @ dk):a = alphaalpha = np.min([2 * alpha, (alpha + b) / 2])continuebreakx0 = x0 + alpha * dkk += 1x = x0val = fun(x)return x, val, kdef grad_armijo(fun, gfun, x0): # 使⽤armijo准则来求最速下降法的步长因⼦maxk = 5000rho = 0.5sigma = 0.4k = 0epsilon = 1e-5while k < maxk:g = gfun(x0)d = -gif np.linalg.norm(d) < epsilon:breakm = 0mk = 0while m < 20:if fun(x0 + rho ** m * d) < fun(x0) + sigma * rho ** m * g.T @ d:mk = mbreakm += 1x0 = x0 + rho ** mk * dk += 1x = x0val = fun(x0)return x, val, kif __name__ == '__main__':x0 = np.array([[0.], [3.]])x, val, k = grad_armijo(fun, gfun, x0) # Armijo准则print('近似最优点:{}\n最优值:{}\n迭代次数:{}'.format(x, val.item(), k)) x, val, k = grad_wolfe(fun, gfun, x0) # Wolfe准测print('近似最优点:{}\n最优值:{}\n迭代次数:{}'.format(x, val.item(), k))运⾏结果:Processing math: 100%。
最优化作业2Armijo准则Armijo准则(Armijo criterion)是最优化算法中一个重要的线准则,用于确定步长的大小。
它通过将目标函数在当前点处的函数值与它沿梯度方向的下降量进行比较,来判断是否接受或拒绝当前的步长。
Armijo准则的基本思想是选择一个小于1的常数幅度因子α(通常为0.1或0.5),并不断减小步长,直到目标函数值满足以下条件:f(x_k+α*d_k)<=f(x_k)+c*α*d_k^T*g_k其中,x_k是当前的位置,d_k是负梯度方向的单位向量,g_k是当前位置处的梯度,c是一个小于1的常数。
这个条件可以解释为,在当前位置沿着负梯度方向前进一段距离α之后,函数值应该下降的足够,大于等于在当前位置直接沿着梯度方向前进一段距离α*c带来的下降量。
如果当前步长满足Armijo准则,那么这个步长就被接受,更新位置为x_{k+1} = x_k + α*d_k。
否则,步长就会被减小,重新计算。
具体来说,根据Armijo准则,可以使用以下的步长算法来确定最优步长:1.设置初始步长α为12.计算f(x_k+α*d_k)。
3.如果f(x_k+α*d_k)<=f(x_k)+c*α*d_k^T*g_k,那么接受这个步长,更新位置为x_{k+1}=x_k+α*d_k。
算法结束。
4.否则,减小步长,重新计算。
一般可以将步长减小为α/2,重复步骤25. 重复步骤4,直到找到满足Armijo准则的步长。
Armijo准则的一个优点是它相对简单且易于实现。
然而,它也有一些缺点。
由于只要求函数值在当前位置沿着梯度方向前进一段距离后下降,所以可能会接受过大的步长,导致算法很难收敛。
此外,Armijo准则只考虑了一阶信息,没有考虑二阶信息,可能导致步长选择不够精确。
因此,在一些情况下,可以使用其他的步长控制准则,如Wolfe准则、Goldstein准则等,来进一步改进最优化算法的性能。
总之,Armijo准则是最优化算法中常用的线准则之一、它通过比较当前步长带来的下降量与在当前位置沿梯度方向前进一段距离带来的下降量,来决定是否接受当前步长。
armijo-goldstein准则计算步长
Armijo-Goldstein准则是一种确定梯度下降法中的步长的准则,也称为强凹性准则。
步长是在每次迭代中更新自变量的量,影响下一步的方向和距离。
根据Armijo-Goldstein准则,步长应该满足以下条件:
1. 初始步长为一个正数,通常取1。
2. 计算在当前步长下的函数值,记为f(x)。
3. 计算在当前步长下,根据梯度方向进行一步更新后的函数值,记为f(x + αd)。
其中,α为步长,d为梯度方向。
4. 如果f(x + αd) <= f(x) + cαg^T\cdot d,其中c为一个取值在(0,1)之间的常数,g为梯度,则步长满足条件,可以保留。
5. 如果f(x + αd) > f(x) + cαg^T\cdot d,步长不满足条件,则将
步长缩小一定比例(如折半),重新计算。
具体来说,计算步长的算法如下:
1. 初始化步长为一个正数,通常取1。
2. 计算在当前步长下的函数值,记为f(x)。
3. 计算在当前步长下,根据梯度方向进行一步更新后的函数值,记为f(x + αd)。
4. 判断是否满足Armijo-Goldstein准则。
如果满足,返回当前
步长;否则,将步长缩小一定比例(如折半),重新进行第3
步和第4步的计算,直到满足准则或达到一定的迭代次数为止。
注意,步长的选择对梯度下降法的收敛速度和性能有重要影响,
过小的步长可能导致收敛速度过慢,而过大的步长可能导致无法收敛或振荡。
因此,适当选择步长是梯度下降法中的重要问题之一。
armijo准则Armijo则,也称作 Armijo弛,是一种用于求解优化问题的经典算法。
它由利兰阿米霍(Lionel Armijo)提出,是一种用于检测误差函数的减小程度的测试。
从数学的角度来看,它的作用是限制线性搜索步长的长度,从而确保可以获得最优或次优的解决方案。
Armijo则的工作原理可以简单概括为以下几步:首先,需要从表面上优化该函数,然后计算函数的梯度,并计算步长。
接下来,通过线性搜索可以在函数曲线上选择一个新的点,并计算目标函数的值。
最后,根据 Armijo则,如果新点的值比原来的值低,则接受新点,否则继续调整步长以寻找合适的点。
Armijo则的最初的提出是为了解决在计算机科学中出现的优化问题,以便能够有效地解决最优化问题。
Armijo则可以有效解决没有约束和约束最优化问题。
然而,由于它使用限制搜索步长的方法,因此它无法保证找到最优解,只能保证找到一个近似最优解。
此外,Armijo则还可用于解决非线性系统。
由于它具有非常低的时间复杂度,因此可以有效地解决复杂的非线性优化问题。
对于非线性系统而言,Armijo则具有非常高的精确性,可以有效地为复杂的优化问题提供最优解。
另外,Armijo则也可用于处理拟牛顿法,它可以替代与 Newton 法中需要复杂矩阵计算的步骤。
Armijo则在处理拟牛顿法中可以帮助确定搜索方向,从而有效解决非线性优化问题。
总之,Armijo则是一种有效且常用的优化方法,用于求解各种类型的优化问题。
它的工作原理是限制搜索步长,从而确保可以获得最优或次优的解决方案。
由于其简单易用,Armijo则被广泛用于优化、拟牛顿等多种应用场景中。
armijo搜索准则
Armijo搜索准则是一种经常用于计算机科学中的最优化算法。
它是由斯宾塞阿米霍(SpencerArmijo)于1960年提出的,目的是有助于解决最优化问题。
它的特点是可以衡量每一步的步长,从而有效地控制结果的变化,让搜索过程更快找到全局最优点。
Armijo搜索准则以一个固定的常量值作为步长,将搜索空间从大面积进行缩小,而不是直接从搜索点开始。
这样可以有效地避免因为步长太大而导致的搜索空间过大的问题。
搜索的目标是在每一步的搜索空间内,找到最优点。
在应用Armijo搜索准则时,一般会设定一个很小的步长,以保证搜索空间的大小,以免出现搜索越界的情况。
为了获得更好的结果,还需要对搜索空间作出更精确的设定,以控制搜索范围,减少容易陷入局部最优点的情况。
此外,Armijo搜索准则还有一个很重要的特点,就是可以有效地指导迭代过程,也可以辅助进行一些限制条件的搜索,从而更轻松实现搜索的平衡。
比如,在求解路径问题时,既需要考虑最终的路径长短,又要保持路径的可行性,这时Armijo搜索准则可以有效地辅助实现路径平衡。
此外,Armijo搜索准则也可以用于其它优化问题,例如求解最小二乘问题、全局最优点的搜索等等。
它的优势在于可以减少搜索的空间,从而加快搜索过程,也能够有效控制搜索的精度,使获取的结果更加准确可靠。
因此,Armijo搜索准则在计算机科学中的最优化算法中有着重要的作用。
它不仅能够加快搜索速度,还能够有效控制搜索结果的精确程度,让你从其它繁琐的算法中脱颖而出,实现更好的结果。
数学与计算科学学院
实验报告
实验项目名称使用非精确线搜索Armijo算法确定步长的最速下降法
所属课程名称最优化方法
实验类型算法编程
实验日期
班级
学号
姓名
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)]
(-)([11-)(-)( )2.3(||-||2
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⎫ ⎝⎛+≤==
=+=∇+=∇+κκ可以改写成
所以则处且在由于对于二次函数.,( .,1 , ,1,,,)2.3(算法收敛很慢接近病态)较大时而当求出最优解算法只需一次迭代即可的所有特征值相等时即当特别最速下降收敛很快接近于当有关的条件数矩阵最速下降的收敛速度与看到由收敛速度估计式Q Q Q κκκκ=
结论:最速下降法的收敛速度比较慢,通常将其用在某些算法的初始阶段求较好的初始点或作为某些算法的间插步.
【实验环境】
Win 7; Matlab7.0
二、实验内容: 【实验方案】
1、求梯度;
2、向梯度相反的方向移动x ,其中 为步长。
如果步长足够小,则可以保证每一次迭代都在减小,但可能导致收敛太慢,如果步长太大,则不能保证每一次迭代都减少,也不能保证收敛。
3、循环迭代步骤2,直到x 的值变化到使得在两次迭代之间的差值足够小,比如0.00000001,也就是说,直到两次迭代计算出来的基本没有变化,则说明此时
已经达
到局部最小值了。
4、此时,输出x ,这个x 就是使得函数
最小时的x 的取值 。
【实验过程】
梯度下降法的计算过程就是沿梯度下降的方向求解极小值(也可以沿梯度上升方向求解极大值)。
其迭代公式为
,其中
代表梯度负方向,
表示梯度方向上的搜索步
长。
梯度方向我们可以通过对函数求导得到,步长的确定比较麻烦,太大了的话可能会发散,
太小收敛速度又太慢。
一般确定步长的方法是由线性搜索算法来确定,即把下一个点的坐标ak+1看做是的函数,然后求满足f(ak+1)的最小值的 即可。
因为一般情况下,梯度向量为0的话说明是到了一个极值点,此时梯度的幅值也为0.而采用梯度下降算法进行最优化求解时,算法迭代的终止条件是梯度向量的幅值接近0即可,可以设置个非常小的常数阈值。
【实验结论】(结果)
梯度下降法处理一些复杂的非线性函数会出现问题,例如Rosenbrock函数:
其最小值在处,函数值为。
但是此函数具有狭窄弯曲的山谷,最小
点就在这些山谷之中,并且谷底很平。
优化过程是之字形的向极小值点靠近,速度非常缓慢。
靠近极小值时收敛速度减慢。
直线搜索时可能会产生一些问题。
可能会“之字形”地下降。
【实验小结】(收获体会)
这次的实验报告,使得我们对这些算法的思想更加了解,在选择线性搜索的方法时,我们深刻体会到各类参数设置对程序效率的重要性,不同的问题要选用合适的参数来求解,这样使得问题求解及程序运行的效率最高。
通过不断地翻阅课本,剖析程序,我们最后实现了对程序的修改和完善,对提供的问题作出了较好的解答。
总的来说,对无约束最优化的求解,每种方法在解决不同的问题中效果不能都达到最优,所以我们在实际应用中,要根据实际情况选择合适的方法,争取最大可能的尽快的接近最优。
本次实验不仅使我们基本了解了最优化的实用算法的结构及性能,而且也使得我们对matlab 的一些编程技巧更加熟悉,收获很大。
三、指导教师评语及成绩:
评语
评语等级
优良中
及
格
不及格
1.实验报告按时完成,字迹清楚,文字叙述流畅,逻辑性强
2.实验方案设计合理
附录1:源程序
附录2:实验报告填写说明
1.实验项目名称:要求与实验教学大纲一致。
2.实验目的:目的要明确,要抓住重点,符合实验教学大纲要求。
3.实验原理:简要说明本实验项目所涉及的理论知识。
4.实验环境:实验用的软、硬件环境。
5.实验方案(思路、步骤和方法等):这是实验报告极其重要的内容。
概括整个实验过程。
对于验证性实验,要写明依据何种原理、操作方法进行实验,要写明需要经过哪几个步骤来实现其操作。
对于设计性和综合性实验,在上述内容基础上还应该画出流程图、设
计思路和设计方法,再配以相应的文字说明。
对于创新性实验,还应注明其创新点、特色。
6.实验过程(实验中涉及的记录、数据、分析):写明具体实验方案的具体实施步骤,包括实验过程中的记录、数据和相应的分析。
7.实验结论(结果):根据实验过程中得到的结果,做出结论。
8.实验小结:本次实验心得体会、思考和建议。
9.指导教师评语及成绩:指导教师依据学生的实际报告内容,给出本次实验报告的评价。