Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Необхідні умови існування сідлової точки ⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5
Для розроблення методів розв’язування окремих типів задач нелінійного програмування важливе значення має поняття сідлової точки, а також визначення необхідних і достатніх умов існування сідлових точок функції Лагранжа у (n + m)-вимірному просторі змінних за довільних умов, які можуть накладатися на їх знаки (необхідні і достатні умови існування сідлової точки функції Лагранжа за відсутності обмежень на знаки змінних розглянуто в п.8.4). Розглянемо нелінійну задачу: , . Причому на компоненти векторів накладено обмеження на знаки. Позначимо множину точок, що задовольняють такі обмеження, через . Функція Лагранжа для цієї задачі має вигляд: = . (8.12) Точка називається сідловою точкою функції Лагранжа (8.12), якщо для всіх виконується співвідношення: . (8.13) Для диференційовних функцій та знайдемо необхідні умови існування сідлової точки. Сідлова точка функції виду (8.12) за означенням задовольняє умову: . Нерівність виконується для всіх точок Х, тобто також і для тих, у яких лише одна координата відрізняється від Х *. Допустимо, що це хk, а всі інші збігаються з координатами сідлової точки . Оскільки права частина нерівності є фіксованою, а в лівій частині змінюється лише одна координата хk, то приходимо до функції однієї змінної , яку можна зобразити графічно на координатній площині. Розглянемо спочатку випадок, коли , тобто лише частину координатної площини, для якої . Можливі такі випадки: 1) коли всі , то максимальне значення функції L (xk) досягатиметься в точці, для якої (рис.8.5). Рисунок 8.5 2) коли максимум функції L (xk) досягатиметься в точці і розглядувана частинна похідна також дорівнюватиме нулю: (рис.8.6). Рисунок 8.6 3) коли точка максимуму функції L (xk) досягатиметься також у точці Рисунок 8.7 Узагальнюючи всі три ситуації, маємо: для та . Розглядаючи другу частину нерівності (8.13): аналогічними міркуваннями, що проілюстровані рис.8.8-8.9, встановлюються необхідні умови для похідних по функції Лагранжа в сідловій точці. Рисунок 8.8 Рисунок 8.9 Об’єднуючи всі три випадки для невід’ємних координат, маємо необхідні умови сідлової точки: для тих індексів j, де . (8.14) Зауважимо, що для маємо ті самі випадки, які зображено на рис.8.5-8.9, причому графіки будуть симетрично відображені відносно осі Оy, тобто для недодатних координат необхідна умова має вигляд:
для тих індексів j, де . (8.15) І нарешті, як відомо з попереднього параграфа, якщо на знак хj умови не накладаються, то необхідною умовою є: , – довільного знака. (8.16) Узагальнення всіх випадків приводить до рівняння: . (8.17) Розглядаючи другу частину нерівності (8.13), за допомогою аналогічних міркувань встановлюємо необхідні умови для похідних по функції Лагранжа в сідловій точці: для тих індексів і, де , (8.18) для тих індексів і, де , (8.19) для тих індексів і, де має довільний знак. (8.20) Отже, справджується рівняння: . (8.21) Сукупність співвідношень (8.14)-(8.21) становить необхідні умови, які має задовольняти сідлова точка функції Лагранжа для точок, що належать множині . При цьому повинна мати частинні похідні по всіх компонентах векторів . Теорема Куна-Таккера Розглянутий метод множників Лагранжа уможливлює знаходження лише локальних сідлових точок функції Лагранжа. Теорема Куна-Таккера дає змогу встановити типи задач, для яких на множині допустимих розв’язків існує лише один глобальний екстремум зумовленого типу. Вона тісно пов’язана з необхідними та достатніми умовами існування сідлової точки. Розглянемо задачу нелінійного програмування, яку, не зменшуючи загальності, подамо у вигляді: , (8.22) , (8.23) . (8.24) (Очевидно, що знак нерівності можна змінити на протилежний множенням лівої і правої частин обмеження на (– 1)). Теорема 8.1. (Теорема Куна-Таккера). Вектор Х* є оптимальним розв’язком задачі (8.22)-(8.24) тоді і тільки тоді, коли існує такий вектор , що при для всіх точка є сідловою точкою функції Лагранжа , і функція мети для всіх угнута, а функції – опуклі. Умови теореми Куна — Таккера виконуються лише для задач, що містять опуклі функції. Опуклі й вогнуті функції Наведемо основні означення та теореми. Нехай задано n -вимірний лінійний простір Rn. Функція , що задана на опуклій множині , називається опуклою, якщо для будь-яких двох точок та з множини X і будь-яких значень виконується співвідношення:
. (8.25) Якщо нерівність строга і виконується для , то функція називається строго опуклою. Функція , яка задана на опуклій множині , називається вогнутою, якщо для будь-яких двох точок та з множини X і будь-якого справджується співвідношення: . (8.26) Якщо нерівність строга і виконується для , то функція називається строго угнутою. Слід зазначити, що опуклість та угнутість функції визначаються лише відносно опуклих множин у , оскільки за наведеними означеннями разом з двома будь-якими точками та множині X належать також точки їх лінійної комбінації: для всіх значень , що можливо лише у разі, коли множина X є опуклою. Теорема 8.2. Нехай – опукла функція, що задана на замкненій опуклій множині X, тоді будь-який локальний мінімум на цій множині є і глобальним. Теорема 8.3. Нехай – опукла функція, що визначена на опуклій множині Х, і крім того, вона неперервна разом з частинними похідними першого порядку в усіх внутрішніх точках Х. Нехай – точка, в якій . Тоді в точці досягається локальний мінімум, що збігається з глобальним. Як наслідок теореми можна показати, що коли Х замкнена, обмежена знизу, опукла множина, то глобального максимуму опукла функція f (X) досягає на ній у одній чи кількох точках (при цьому допускається, що в точці Х значення функції скінченне). Застосовуючи за розв’язування таких задач процедуру перебору крайніх точок, можна отримати точку локального максимуму, однак не можна встановити, чи є вона точкою глобального максимуму. Для угнутих функцій отримані результати формулюють так. Нехай f (X) – угнута функція, що задана на замкненій опуклій множині . Тоді будь-який локальний максимум f (X) на множині Х є глобальним. Якщо глобальний максимум досягається в двох різних точках множини, то він досягається і на нескінченній множині точок, що лежать на відрізку, який сполучає ці точки. Для строго угнутої функції існує єдина точка, в якій вона досягає глобального максимуму. Градієнт угнутої функції f (X) у точках максимуму дорівнює нулю, якщо f (X) – диференційовна функція. Глобальний мінімум угнутої функції, якщо він скінченний на замкненій обмеженій зверху множині, має досягатися в одній чи кількох її крайніх точках за умови скінченності функції f (X) у кожній точці цієї множини. Опукле програмування Опукле програмування розглядає методи розв’язування задач нелінійного програмування, математичні моделі яких містять опуклі або угнуті функції. Загальний вигляд задачі опуклого програмування такий: , (8.27) , ; (8.28) , (8.29) де , – угнуті функції. Аналогічний вигляд має задача для опуклих функцій. Позначимо: , тоді , і маємо: , (8.30) ; (8.31) , (8.32) де , – опуклі функції. Оскільки ці задачі еквівалентні, то нижче розглянемо задачу (8.27)-(8.29). Множина допустимих планів задачі, що визначається системою (8.28), є опуклою. Як наслідок теорем 8.2 та 8.3 справджується таке твердження: точка локального максимуму (мінімуму) задачі опуклого програмування (8.27)-(8.29) є одночасно її глобальним максимумом (мінімумом). Отже, якщо визначено точку локального екстремуму задачі опуклого програмування, то це означає, що знайдено точку глобального максимуму (мінімуму). У разі обмежень-нерівностей задачу опуклого програмування розв’язують, застосовуючи метод множників Лагранжа.
Функція Лагранжа для задачі (8.27)-(8.29) має вид: (8.33) де – множники Лагранжа. Використовуючи теорему Куна-Таккера, маємо необхідні та достатні умови існування оптимального плану задачі опуклого програмування. Теорема 8.4. Якщо задано задачу нелінійного програмування виду (8.27)-(8.29), де функції диференційовні і вгнуті по Х, то для того, щоб вектор був розв’язком цієї задачі, необхідно і достатньо, щоб існував такий вектор , що пара (, ) була б сідловою точкою функції Лагранжа, тобто щоб виконувалися умови: (І) , ; (8.34) (ІІ) , ; (8.35) (ІІІ) , ; (8.36) (IV) , . (8.37) Для задачі мінімізації (8.30)-(8.32), де всі функції диференційовні і опуклі по Х, маємо умови, аналогічні вищенаведеним, але зі знаком «≥» в нерівностях (8.35) та (8.37).
|
|||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 218; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.218.38.125 (0.034 с.) |