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选修4—7 优选法与试验设计初步考纲要求1.掌握分数法、0.618法及其使用范围，能运用这些方法解决一些简单的实际问题，知道优选法的思想方法．2．了解裴波那契数列{F n}，理解在试验次数确定的情况下分数法最佳性的证明，通过连分数知道F nF n＋1和黄金分割的关系．3．知道对分法、爬山法、分批试验法，了解目标函数为多峰情况下的处理方法．4．了解多因素优选问题，了解处理双因素问题的一些优选方法及其优越的思想方法．5．了解正交试验的思想方法，能应用这种思想方法思考和解决一些简单的实际问题．1．优选法：根据生产和科学研究中的不同问题，利用数学原理，合理安排试验，以最少的试验次数迅速找到______的科学试验方法．2．单峰函数：如果函数f(x)在区间[a，b]上只有____的最大值点(或最小值点)C，而在最大值点(或最小值点)C的左侧，函数单调增加(减少)；在点C的____，函数单调________，则称这个函数为区间[a，b]上的单峰函数．3．单因素问题：在一个试验过程中，只有(或主要有)________在变化的问题，称为单因素问题．4．好点与差点：设x1和x2是因素范围[a，b]内的任意两个试点，并把两个试点中效果较好的点称为好点，效果____的点称为差点．5．黄金分割法：试验方法中，利用黄金分割常数ω确定试点的方法叫做黄金分割法．其中ω＝________，近似值为______，相应地，也把黄金分割法叫______法，黄金分割法适用目标函数为____的情形，第1个试验点确定在因素范围的____处，后续试点可以用“______________”的方法来确定．6．分数法：优选法中，用渐进分数近似代替ω确定试点的方法叫分数法．如果因素范围由一些不连续的、________的点组成，试点只能取某些特定数，则可采用分数法．在目标函数为单峰的情形，通过n次试验，最多能从(F n＋1－1)个试点中保证找出最佳点，并且这个最佳点就是n次试验中的最优试验点．在目标函数为单峰的情形，只有按照______安排试验，才能通过n次试验保证从(F n＋1－1)个试点中找出最佳点．7．对分法：每个试点都取在因素范围的中点，将因素范围对分为两半，这种方法就称为对分法．8．盲人爬山法：先找一个起点A(这个起点可以根据经验或估计)，在A点做试验后可以向该因素的减少方向找一点B′做试验．如果好，就继续____；如果不好，就往增加方向找一点C做试验．如果C点好就继续____，这样一步一步地提高．如果增加到E点，再增加到F点时反而坏了，这时可以从E点____增加的步长，如果还是没有E点好，则E就是该因素的______．这就是单因素问题的盲人爬山法．9．分批试验法：分批试验法可以分为______________和______________两种．全部试验分n批做，一批同时安排n个试验，同时进行比较，一批一批做下去，直到找出最佳点，这样可以兼顾试验设备、代价和时间上的要求，这种方法称为分批试验法．1．某车床的走刀量(单位：mm/r)共有如下13级：0.3,0.33,0.35,0.40,0.45,0.48,0.50,0.55, 0.60,0.65,0.71，0.81，0.91.那么第一次和第二次的试点分别选在______mm/r、__________mm/r处．2．如图，用平行线法处理双因素问题时，首先将难以调整的因素Ⅱ固定在0.618处，得到最佳点在A1处，然后再把因素Ⅱ固定在0.382处，得到最佳点A2，若A2处的试验结果比A1处的好，则第三次试验时，将因素Ⅱ固定在__________处．3．有一双因素优选试验，2≤x≤4,10≤y≤20.使用纵横对折法进行优选．分别对因素x和y进行了一次优选后其新的存优范围的面积为__________．一、黄金分割法的应用【例1】设有一优选问题，其因素范围为1 000～2 000，假设最优点在1 000处．(1)若用0.618法进行优选，则第二、三、四试点的数值分别为__________，__________，__________；(2)若第一试点取在 1 950处，则第二、三、四试点的数值分别为__________，__________，__________.方法提炼1．把一条线段分割为两部分，使其中一部分与全长之比等于另一部分与这部分之比，其比值是一个无理数，保留三位有效数字的近似值是0.618.把试点安排在黄金分割点进行优选的方法称为黄金分割法．如何安排试验，较快较省地求得最优解，这就是直接最优化方法．如果将试验点定在区间的0.618处左右，那么试验的次数将大大减少．2．试验点的选取方法：设x n表示第n个试验点，存优范围内相应的好点是x m，因素范围的端点分别记为小头和大头，则x1＝小＋(大－小)×0.618；x2＝小＋大－x1.一般地，x n ＝小＋大－x m，可概括为“加两头，减中间”．请做演练巩固提升1二、分数法的应用【例2】某化工厂准备对一化工产品的生产工艺进行技术改造，决定优选加工温度，从生产实践知最佳温度在40 ℃到52 ℃之间，现用分数法进行优选，则第二次试验的温度为__________ ℃.方法提炼用分数法进行优选试验的步骤是：(1)明确实际问题的试验范围；(2)指定需要试验的次数n；(3)根据斐波那契数列找出分数F nF n＋1；(4)计算第1个试验点的位置．将试验区间(a，b)F n＋1等分，第1个试验点在第F n个分点处．即第1个试验点x1的计算公式是小＋大－小×F nF n＋1.在x1处进行第1次试验，得到结果y1；(5)计算第2个试验点的位置，它是第1个试验点在试验范围内的对称点，计算公式是大＋小－中.在x2处进行第2次试验，得到结果y2；(6)比较两点的试验结果，保留好点，舍去差点以外的部分；(7)在剩下的范围内再取保留点的对称点作为第3个试验点，比较两点的试验结果，依上面“保留好点，舍去差点以外的部分”的原则继续下去，共进行n次试验，得到离最佳点最近的分点．请做演练巩固提升2三、对分法的应用【例3】在湖南电视台的一档互动节目中，主持人出示一款参与者不了解的新产品，并告诉参与者价格在1 000元到9 000元之间，然后由参与者估价，当参与者给出的估价与产品实际价的差距大于1元时，主持人以“高了”，“低了”作提示，然后参与者继续估价，若参与者在规定的次数n次内的估价与产品价格的差距小于2元时，则参与者可获得该产品，若参与者一定能获得该商品，则n的最小值应为__________．方法提炼0．618法、分数法、对分法适用于一次只能出一个结果的问题．这些方法中，就效果而言以对分法最好，每一次试验就可以去掉试验范围的一半．就应用范围而言，以分数法最广，因为它还可以应用于试点只能取整数或某些特定数的情形，以及限定试验次数或给定精确度的问题．对分法用一个试点的结果与事先的标准进行比较，而分数法、0.618法是用两个试点的结果进行比较．请做演练巩固提升3四、分批试验法【例4】用均分分批试验法来寻找最佳点，若试验范围是(3,18)．若每批做4个试验，则(1)第一批的4个试验点分别是__________；(2)第一批试验后的存优范围是原来的__________．方法提炼1．分批试验法适用于一次可以同时出若干个试验结果的问题，它的比较对象是每批试验中的所有试验结果．2．在均分分批试验法中，假设每批做2n个试验，则首先把试验范围均分为2n＋1份．用这种方法，第一批试验后存优范围为原来的22n＋1.请做演练巩固提升4如何确定最少试验次数【典例】 (2012湖南高考)某制药企业为了对某种药用液体进行生物测定，需要优选培养温度，试验范围定为29 ℃～63 ℃，精确度要求±1 ℃，用分数法进行优选时，能保证找到最佳培养温度需要最少试验次数为________．解析：据题意，试点个数为63－29＝34，F8＝34，故最少试验次数为7.答案：7答题指导：若试点个数为某常数时，用分数法找出其中最佳点的试验次数最少，这就是分数法的最优性．分数法在有限个试点的优选问题中被广泛应用．1．调酒师为了调制一种鸡尾酒，每100 kg烈性酒中需要加入柠檬汁的量为1 000 g 到2 000 g之间．现准备用黄金分割法找出它的最优加入量，则第一次试验的加入量为a1＝__________g；第二次试验的加入量为a2，若加入量为a2时比a1时好，则存优范围是__________，第三次试验的加入量为a3＝________g.2．某一化工厂准备对某一化工产品进行技术改良，现决定优选加工温度，试验范围定为60～81 ℃，精确度要求±1 ℃，现在技术员准备用分数法进行优选，则第一试点和第二试点分别选在__________、__________.3．有一条1 000 m长的输电线路出现了故障，在线路的开始端A处有电，在末端B处没电，现在用对分法检查故障所在位置，则第二次检查点在__________m处．4．如图，在每批做2个试验的比例分割分批法中，将试验范围7等分，第1批试验先安排在左起第3,4两个点上，若第3个点为好点，则第2批试验应安排在__________和__________两个点上．参考答案基础梳理自测知识梳理1．最佳点2．唯一 右侧 减少(增加)3．一个因素 4．较差5.5－120.618 0.618 单峰 0.618 加两头，减中间6．间隔不等 分数法8．减少 增加 减少 最佳点9．均分分批试验法 比例分割分批试验法基础自测1．0.55 0.45 解析：该已知条件符合分数法的优选要求，所以第一次试点应选在0.55 mm/r 处，第二次试点应选在0.45 mm/r 处，示意图如下：2．0.236 解析：因为A 2处的试验结果比A 1处的好，所以好点在因素的0～0.618之间，由0.618法，第三次试验时，将因素Ⅱ固定在0.618＋0－0.382＝0.236处．3．10 解析：由纵横对折法知对因素x 和y 进行了一次优选后得到两个好点，无论哪个好点的试验结果更优，其新的存优范围的面积为原存优范围面积的一半，即12×(4－2)×(20－10)＝10.考点探究突破【例1】 (1)1382 1236 1146 (2)1050 1900 1850 解析：(1)由0.618法得第一试点为x 1＝1 000＋0.618×(2 000－1 000)＝1 618处．由“加两头，减中间”法则得第二试点x 2＝1 000＋2 000－1 618＝1 382.∵最优点在1 000处，∴x 2优于x 1，∴新的存优范围为[1 000,1 618]，∴第三试点x 3＝1 000＋1 618－1 382＝1 236，同理新的存优范围为[1 000,1 382]，∴第四试点x 4＝1 000＋1 382－1 236＝1 146.(2)∵x 1＝1 950，∴x 2＝1 000＋2 000－1 950＝1 050，∵最优点在1 000处，∴x 2优于x 1，∴新的存优范围为[1 000,1 950]．∴x 3＝1 000＋1 950－1 050＝1 900.同理新的存优范围为[1 000,1 900]，∴x 4＝1 000＋1 900－1 050＝1 850.【例2】 44 ℃ 解析：依题意，试验温度为40 ℃，41 ℃，…，51 ℃，共12个试点，编号为(1)至(12)，虚增(0)号和(13)号试点，选择分数813，第1个试点取试点(8)，第2个试点取(0)＋(13)－(8)＝(5)，故第二次试验的温度为44 ℃.【例3】 13 解析：该参与者应用对分法，每次估价都能将价格范围缩小一半，则n次估价后，价格范围的长度为8 0002n ，由8 0002n ＜1得2n ＞8 000，故n ≥13，故最少需要估价13次，才能保证参与者一定能获得该商品，所以n 的最小值为13.【例4】 (1)6,9,12,15 (2)25 解析：(1)一批做4个试验，则应将存优范围均分为5份，则第一批的4个试验点分别是：6,9,12,15.(2)第一批试验后的存优范围与原范围之比是22×2＋1＝25. 演练巩固提升1．1 618 [1 000,1 618] 1 236解析：a 1＝1 000＋(2 000－1 000)×0.618＝1 618(g)，a 2＝1 000＋2 000－1 618＝1 382(g)．因为a 2比a 1好，故去掉(a 1,2 000)部分，即存优范围是[1 000,1 618]，所以a 3＝1 000＋1 618－1 382＝1 236(g)．2．73 ℃ 68 ℃ 解析：试验区间为[60,81]，等分为21段，分点为61,62，…，79,80，因为60＋1321×(81－60)＝73(℃)，所以第一试点安排在73 ℃. 由“加两头，减中间”的方法得60＋81－73＝68(℃)，所以第二试点选在68 ℃.3．250或7504．1 2 解析：第3个点为好点，则存优范围为左端到第4个分点，故第2批安排在没有做过试验的第1,2两个分点上．。
第七章-正交试验设计法第七章：正交试验设计法正交试验设计法是一种实验设计方法，旨在有效地确定多个因素对结果的影响，并找到最佳的组合条件。
正交设计法是一种统计方法，通过在试验设计中使用正交矩阵来实现对各个因素的全面考虑和分析。
本章将详细介绍正交试验设计法的原理、应用和优势。
7.1 正交试验设计法的原理正交试验设计法的原理基于一个关键观点：在多因素实验设计中，通过设计合理的试验矩阵，能够避免因素之间的相互干扰，从而有效地确定各个因素对结果的影响。
正交试验设计法通过使用正交矩阵，将各个因素进行组合，确保在限定的试验条件下，各个因素之间的相互影响最小化。
这样，通过对正交试验设计法进行数据分析，可以准确地确定各个因素对结果的主导程度。
7.2 正交试验设计法的应用正交试验设计法在许多领域中得到广泛应用，特别是在工程、医学、化学和农业等实验研究中。
正交试验设计法可以帮助研究人员从多个因素中确定影响结果的主要因素，并找到最佳的操作条件。
例如，在工程领域中，正交试验设计法可以用于确定材料的最佳组合，以提高产品质量和性能。
在医学研究中，正交试验设计法可用于确定药物的最佳剂量和治疗方案。
在农业研究中，正交试验设计法可以用于确定最佳的种植条件和施肥方法。
总之，正交试验设计法可以帮助研究人员快速、准确地找到最佳的解决方案。
7.3 正交试验设计法的优势正交试验设计法相比传统的试验设计方法有以下几个优势：1. 高效性：正交试验设计法可以通过使用正交矩阵，将多个因素进行有效组合，从而减少试验次数，提高试验效率。
2. 统计可靠性：正交试验设计法通过使用正交矩阵，可以有效地避免因素之间的相互干扰，确保实验结果的统计可靠性。
3. 实用性：正交试验设计法不仅可以用于确定各个因素对结果的影响程度，还可以用于优化因素的组合以达到最佳效果。
4. 灵活性：正交试验设计法可以应用于不同的实验设计要求，可灵活调整试验因素和水平，以满足具体的研究需求。
2.分数法的最优性-人教A版选修4-7 优选法与试验设计初步教案一、教学目标1.理解分数法选优的基本思想。
2.能够利用分数法为多目标问题求解最优解。
3.能够将其他类型的问题转化为分数法问题求解。
4.能够初步了解试验设计的基本概念与方法。
二、教学内容1.分数法的最优性2.试验设计的基本概念和方法三、教学重点1.理解分数法选优的基本思想。
2.能够利用分数法为多目标问题求解最优解。
四、教学难点1.将其他类型的问题转化为分数法问题求解。
2.试验设计的基本概念和方法。
五、教学方法授课、分组讨论、案例分析。
六、教学过程1. 分数法的最优性分数法是一种用于多目标问题求解的一种方法，它可以将多个目标指标通过分数之和的方式转化为单一目标指标，从而求解最优解。
分数法在实际问题中应用广泛，在工程领域尤为常见。
例如，在产品设计中，我们需要考虑多个因素，如造价、质量、效率等，而这些因素往往是相互矛盾的，通过分数法就可以将这些因素综合起来，从而得到最优解。
分数法的具体步骤如下：1.确定需要综合评价的指标和权重。
这些指标和权重通常需要由多方面的专家或者相关人员进行评估和确定。
2.将各项指标和权重代入到分数公式中进行计算。
3.比较各个方案的得分，并选出得分最高的方案。
下面通过一个简单的例子对分数法进行说明：某公司拟投资三项工程，若仅按单一因素–利润进行选优，则可得出箭头所示的最优方案：可见，第二项工程的利润最高，应该优先选择。
如果采用分数法，则可先评估三项工程的成本、利润、风险等几个影响项目投资收益的因素。
假定对这些因素的评分标准和相应权数分别如下表所示：则分别计算三个方案的综合评分，如下表所示：可见，三个方案的综合评分得分相差不多，因此可以认为三个方案的优劣相当。
若不考虑风险因素，则方案B成为最优方案。
2. 试验设计的基本概念和方法试验设计是一种系统地选择试验方案并实施试验，以研究某一因素对试验结果的影响、确定最佳因素水平或确定因素之间的交互关系的方法。
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二正交试验的应用［学习目标]通过具体实例进一步熟悉正交试验的过程、及直观分析法确定各因素的最优水平搭配方法。
[预习导引］1.正交试验的知识结构图2。
选择合适的正交表应遵循的原则（1)正交表的水平数与试验问题中的水平数相同；(2）正交表列数不少于参与试验因素个数；（3)试验的次数最少。
3。
直观分析法确定各因素的最优水平搭配方法直观分析法根据对因素同一水平计算的各次试验结果的平均值大小确定因素水平优劣.如果结果的值越大说明效果越好，即平均值越大时水平越优。
反之则平均值越小时，水平越优.要点一正交试验的应用例1 某工厂生产弹簧,为了提高弹簧的弹性，需要通过试验寻找合适的生产条件。
与弹性相关的有3个因素,每个因素有4个水平，各因素的取值如下表：找出影响弹簧弹性的主要因素，选出合适的正交表，并安排试验.解找出适合试验要求的正交表L16(45)。
安排试验方案,把试验安排及分析结果列于下表中.比较R1，R2，R3的大小，有R2＜R3＜R1.说明,回火温度(A)是主要因素，其次是工作质量(C），最后是保温时间(B）.通过计算画出因素与水平的关系图（如图).验证试验显示，(A1，B2，C2）是最优的水平搭配.规律方法正交表的正交性有如下两个性质：（1）任一列中各水平的重复次数相同；(2）任两列的所有同行数对的重复次数相同。
