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無約束優(yōu)化問題的非單調自適應信賴域算法

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?維普資訊 http://www.cqvip.com 第24卷第1期 長沙交通學院學報?。。郑铮保玻础。危铮薄。病。埃埃改辏吃隆。剩希眨遥危粒獭。希啤。茫龋粒危牵樱龋痢。茫希停停眨危桑茫粒希危印。眨危桑郑牛遥樱桑裕佟。停幔颍玻铮希浮∥恼戮幪枺海保埃埃啊梗罚罚梗ǎ玻埃埃福希薄埃埃福币唬铮础o約束優(yōu)化問題的非單調自適應信賴域算法 李樹君 ,張紅霞?。ǎ保L沙理工大學數(shù)學與計算科學學院,湖南長沙410076;?。玻心洗髮W數(shù)學科學與計算技術學院,湖南長沙410075) 摘要:對無約束優(yōu)化問題提出一種非單調自適應信賴域算法,每次迭代充分利用當前的迭 代點包含的一次導數(shù)的信息自動產生一個信賴域半徑.在一定的條件下,證明了該算法的收 斂性,并通過數(shù)值實驗驗證了該算法的有效. 關鍵詞:無約束優(yōu)化;自適應信賴域算法;非單調算法;全局收斂性 中圖分類號:0221.2 文獻標識碼:A?。危铮睿恚铮睿铮簦铮睿濉。幔洌幔穑簦椋觯濉。簦颍酰螅簦颍澹纾椋铮睢。恚澹簦瑁铮洹。妫铮颉。酰睿悖铮睿螅簦颍幔椋睿澹洹。铮穑簦椋恚椋幔簦椋铮睢。穑颍铮猓欤澹恚蟆。蹋伞。樱瑁酰辏酰睢?,ZHANG?。龋铮睿纭椋帷。ǎ保茫铮欤欤澹纾濉。铮妗。停幔簦瑁澹恚幔簦椋悖蟆。幔睿洹。茫铮恚穑酰簦椋睿纭。樱悖椋澹睿悖澹茫瑁幔睿纾螅瑁帷。眨睿椋觯澹颍螅椋簦。铮妗。樱悖椋澹睿悖濉。幔睿洹。裕澹悖瑁睿铮欤铮纾?,Changsha?。矗保埃埃罚?,China;?。玻樱悖瑁铮铮臁。铮妗。停幔簦瑁澹恚幔簦椋悖幔臁。樱悖椋澹睿悖濉。幔睿洹。茫铮恚穑酰簦椋睿纭。裕澹悖瑁睿铮欤铮纾?,Centrla?。樱铮酰簦琛。眨睿椋觯澹颍螅椋簦茫瑁幔睿纾螅瑁帷。矗保埃埃罚担茫瑁椋睿幔。粒猓螅簦颍幔悖簦海痢。睿铮睿恚铮睿铮簦铮睿濉。幔洌幔穑簦椋觯濉。簦颍酰螅簟。颍澹纾椋铮睢。幔欤纾铮颍椋簦瑁怼。妫铮颉。酰睿悖铮睿螅簦颍幔椋睿澹洹。铮穑簦椋恚椋幔簦椋铮睢。椋蟆。穑颍铮穑铮螅澹洌裕瑁濉。簦颍酰螅簟。颍幔洌椋酰蟆。椋睢。簦瑁椋蟆。恚澹簦瑁铮洹。椋蟆。幔酰簦铮恚幔簦椋悖幔欤欤。洌澹簦澹颍恚椋睿澹洹。鳎椋簦琛。妫椋颍螅簟。铮颍洌澹颉。椋睿妫铮颍恚幔簦椋铮睿眨睿洌澹颉。悖澹颍簦幔椋睢。悖铮睿洌椋簦椋铮睿?,the global?。悖铮睿觯澹颍纾澹睿悖濉。铮妗。簦瑁濉。幔欤纾铮颍椋簦瑁怼。椋蟆。穑颍铮觯澹洹。幔睿洹。簦瑁濉。睿酰恚澹颍椋悖幔臁。澹穑澹颍椋恚澹睿簦蟆。螅瑁铮鳌。簦瑁幔簟。簦瑁濉。幔欤纾铮颍椋簦瑁怼。椋蟆。澹妫妫澹恪。簦椋颍??!。耍澹。鳎铮颍洌螅海眨睿悖铮睿螅簦颍幔椋睿澹洹。铮穑簦椋恚椋幔簦椋铮?;adaptive?。簦颍酰螅簟。颍澹纾椋铮睢。幔欤纾铮颍椋瑁簦恚唬睿铮睿恚铮睿铮簦铮睿濉。幔欤纾铮颍椋瑁簦?;global con—?。觯澹颍纾澹睿悖濉】紤]無約束優(yōu)化問題 minf(X).?。ǎ保∑渲校妫海摇∫唬沂嵌芜B續(xù)可微函數(shù).信賴域方法是一種迭代的方法,每次迭代要求計算信賴域子問題?。恚椋恚稹。ǎ洌剑纾裕洌?,s_t_?。欤伞堋鳌。。ǎ玻∑渲校纭。剑郑妫ǎ。?,B 是近似于Hessian陣V )的對稱矩陣,△ 是信賴域半徑?!鹘y(tǒng)的信賴域算法都是根據(jù)實際下降量與預測下降量的比值,人為的按常數(shù)倍來調節(jié)信賴域半徑, 完全沒有利用當前迭代點 處g ,V?。亍。┑刃畔ⅲ跏夹刨囉虬霃揭仓皇遣患臃直娴慕o出一個常量 基于此,許多自適應信賴域算法被提出 加 ,Sartenaer 提出了一個自動確定初始信賴域半徑的ITRR 算法,Zhang[2]等提出了一種新的自適應信賴域算法信賴域半徑選取機制為△ = ,其中。<c< 收稿日期:2007—10—21 作者簡介:李樹君(1980一),男,長沙理工大學碩士生?!【S普資訊 http://www.cqvip.com

82 長沙交通學 院學報 第24卷?。?,?。剑颍幔椋睢。?,1}.之后,他fiLE提出△?。健。纭。耄腻摺〉男刨囉蜻x取機制?。?,其中P為非負整數(shù), 是 使得?。剑隆。∈钦ň仃嚨淖钚》秦撜麛?shù).其他的自適應半徑選取機制可參考文獻[4—7].作者修 正了Li 提出的信賴域選取機制,該選取機制充分利用前面迭代點的信息,且不需要計算含 就能獲得 個自適應的信賴域半徑,與文獻[2,3,5—7]相比,在一定程度上減少了算法的計算量,同時也避免了 文獻[4]中當g?。剑纭 伲皶r△?。?。。的情形.結合自適應信賴技術和非單調的思想給出了求解問題式 一(1)的一種新算法.?。狈菃握{自適應信賴域算法 通過求解信賴域子問題式(2)可以得到試探步d ,在此基礎上,引入非單調的思想,定義?。ā。健。妫ǎΓ。??!?,?。幔 。龋?,其中re(O):0,0≤m(尼)< ̄min{m(k一1)+1,?。?,尼≥1,M是非負常整數(shù)?實 際下降量定義為Ared ̄=廠(?。恚┮粡S(?。洹。?,預測下降量為Pred :?。ǎ埃┮弧。ǎ洹。唧w算法為: 步驟1 給定X0∈R“,Bo∈R “,?。荆?,0<叼<1,0<A<1,M>0,令m(o)=0,i=0,尼::0. 步驟2若lI?。纭。欤伞堋?,則終止算法. 步驟3 取△ =A?。恚椋睿伞。臁。欤В臁。桑?,求解信賴域子問題式(2)得到試探步 ,計 酋Ared ̄ 畀 .一Pred一‘?。氩襟E4若 ≥叼,則 =?。洹?,m(k+1):rain{m(k)+1,M};否則,i=i+1,轉步驟2. 步驟5修正 , 0,尼:=k+1,轉步驟2.?。菜惴ǖ氖諗啃苑治觥〖僭O1 H?。θ我獾模耄嬖谟薪玳]集 使得 , ㈩∈?。。。┦且恢逻B續(xù)的,?。┖汀∈且恢掠薪绲模磳Γ郑耄。耍荆笆沟茫海欤臁。欤欤迹顺闪?,且II?。欤欤迹艘渤闪ⅲ。保郏?。 。(?。荨。伞。幔颍椋睢。∫恚病。粒颍澹洹 校颍濉。剑埃ǎ省。桑欤伞。∫恚撤菃握{自適應信賴域算法是適定的,即該算法中步驟2和步驟4之間的內循環(huán)有限終止. 證明假設結論不成立,即該算法中步驟2和步驟4之間的內循環(huán)不有限終止.令k( )為 處第i 次內循環(huán),則Fkff)≤叼,?。剑保?,…,而且△?。ā。?, _÷。。. 又由引理1,2得: -Jl?。校颉。澹洹 骸埃。臁。摺。埃臁。ā 。┮弧。ǎ洹。ā。欤臁 ??!。欤恚埃椋ǎ睢鳌?,?。《伞。纾桑」十敚椋铮飼r,I (?。┮唬薄。伞?,即?。ā。?,與 )≤叼<1矛盾.所以假設不成立,該算法是適定的. 引理4若假設1成立,則對v尼, 一Ck>0滿足:一?。ā。荨。欤省。纭。桑伞。玻∽C明 由假設1和引理1得:?。ā 荨。薄。桑伞。幔颍椋睢。荨。恚椋睢。粒恚椋睿。?,?。荨【S普資訊 http://www.cqvip.com

第1期 李樹君,等:無約束優(yōu)化問題的非單調自適應信賴域算法?。薄。伞。欤纭。桑郏玻恚椋睿痢。恚椋睿?,-),?。荨。桑臁。纭。臁。? 其中 =?。椋睿痢。恚椋睿?,?。?,1},A 表示 處內循環(huán)結束時A的值?故引理4是成立的? 引理5 引?。桑?, }是單調非增且收斂的.  .定理1若假設1成立且?。剑?,則該算法要么有限終止于某個lI g?。欤桑剑?,要么產生無窮點列,使 得:?。鞄洠椋睿妫臁。桑纭。欤桑剑希 蕖∽C明若結論不成立, ̄li.minf?。欤伞。纭。欤伞伲?,則對任意后,存在 o>9使得l?。桑纭。欤伞荨。铮梢恚纯芍骸。校颍濉。揭弧。ā。荨。桑臁。欤伞 荨。椋睿痢。恚椋睿保。?,1} >o??。ǎ常∮煞菃握{自適應信賴域算法的步驟4和式(3)可得: f(xf(^))一f(x?。。荆瘢校颍澹洹 荨。椋睿粒蓿恚椋睿保簦?,l}?。荆? 即?。妫ǎ蓿。。Γ椋睿痢。恚椋睿保。保?,故可得:?。ā。。堋。ā。ā。┮唬玻幔睿椋睿痢。ā。恚椋睿?,?。?,1} ??。ǎ矗《。ā。鞘諗康?,故式(4)表明:Af(^) . 令d令f 是子問題式((^)是子問題式(2)在△?。健。健鳎妫ǎ蓿健。痢拢粒辏欤ā保蓿。恚椋睿。椤。桑r的解.由 算法的機制可知:?。骸粒颉。澹洌簦ǎ迹В罚愃埔恚持挟敚橐弧迺rl r^㈤一1?。臁〉淖C明,可得當z(后)一∞時?。校颍濉。洹。ā。。?、, 、, 、?。。ā∫唬?,則當k充分大時有 '7,這-- ̄r,(”<'7矛盾.故假設不成立,即有l?。睿妗。欤伞。纾蓿欤桑剑铮。硵?shù)值實驗 由給出的非單調自適應信賴域算法對文獻[11,12]中1O個模型的數(shù)值實驗結果,實驗中采用?。拢疲牵有拚弧?,其他參數(shù)的取法為:?。剑保啊?,田=O.75,A=O.15,m(O)=O.在表1中,給出了文獻[9,1O] 中提供的模型名稱,Ⅳ表示模型中變量的數(shù)量,f-iter和g-iter分別表示實驗中目標函數(shù)及其梯度的迭代 次數(shù), 表示非單調參數(shù) 表示按非單調自適應信賴域算法得到的目標函數(shù)的最優(yōu)值. 表1數(shù)值實驗結果 模型名稱?、簟。停剑啊。停剑怠。薄。??!。粒桑遥茫遥疲裕隆。叮福玻薄。础。兀保耙弧。叮埃玻病。啊。兀保耙弧。粒蹋眨危桑裕铡。担罚保怠。啊。兀保啊!。担罚保怠。础。亍。保?。?。拢牛粒蹋拧。叮玻保场。薄。兀保啊。叮玻保场。薄。兀保啊保怠。拢桑牵牵樱丁。玻矗玻薄。浮。兀保耙弧。玻玻担埂。丁。兀保耙弧。拢埃兀场。叮梗担怠。埂。亍。保耙弧。叮梗担怠。埂。兀保耙弧。校牛危粒伞。佟伞。玻担埃啊。啊。兀保耙弧。常叮叮怠。薄。兀保埃怠。茫龋牛拢伲眩眨痢。贰。保矗担啊。病。兀保埃保场。保福梗怠。丁。兀保耙弧啊。埃樱拢埃遥危牛痢。玻病。矗埃保场。浮。兀保啊。矗埃保场。浮。兀保啊。停粒危茫桑危啊。保埃啊。常矗梗贰。啊。兀保啊。福叮担埂。薄。兀保埃保病。郑粒遥牵桑郑粒獭。担啊。罚福矗埂。贰。亍。保??!。罚保玻丁。怠。亍。保埃啊【S普資訊 http://www.cqvip.com

長 沙交通學院學報 第24卷 ]?。荨。荩荩荨。荨。荩荩∪?shù)值結果表明,非單調信賴域算法求解此類問題具有較高的效率,特別是在迭代次數(shù)和精度上較之 傳統(tǒng)的信賴域算法具有更好的結果,數(shù)值實驗表明算法是穩(wěn)定、可行的. 參考文獻: .?。郏保荩樱幔颍簦澹睿幔澹颉。粒粒酰簦铮恚幔簦椋恪。洌澹簦澹颍恚椋睿幔簦椋铮睢。铮妗。幔睢。椋睿椋簦椋幔臁。簦颍酰螅簟。颍澹纾椋铮睢。椋睢。睿铮睿欤椋睿澹幔颉。穑颍铮纾颍幔恚恚椋睿纾郏剩荩剩铮酰颍睿幔臁。铮睢。樱悖椋澹睿簦椋妫椋恪。茫铮恚穑酰。椋颍睿?,1997,18(5):1?。罚福浮薄。福埃常。冢瑁幔睿纭。亍。?,Chen?。。祝蹋椋幔铩。獭。痢。螅澹欤妫幔洌幔穑簦椋觯濉。簦酰螅颍簟。颍澹椋铮睢。纾恚澹簦瑁铮洹。妫铮颉。酰睿悖铮睿螅簦颍幔椋睿澹洹。铮穑簦椋恚椋幔簦椋铮睿郏剩荩希穑澹颍幔簦濉。遥澹螅澹颍悖琛。裕颍幔睿螅幔悖簦椋铮睿?,2001,5(2):53—62. Zhang?。亍。?,Zhang?。省。?,Liao z.An?。幔洌幔穑簦椋觯濉。簦酰螅颍簟。澹纾颍椋铮睢。恚澹簦瑁铮洹。幔睿洹。椋簦蟆。悖铮睿觯澹颍纾澹睿悖澹郏剩荩樱悖椋澹睿悖濉。椋睢。茫瑁椋睿幔ⅲǎ樱澹颍椋澹蟆。粒?,?。玻埃埃?,45(4):620—631. 李改弟.一個自動確定信賴域半徑的信賴域方法[J].工程數(shù)學學報,2006,23(5):843—848. 宇振盛,羅成新.帶記憶信賴域方法的收斂性分析[J].運籌與管理,2004,13(2):16—19.?。疲酢。省。龋樱酰睢。祝危铮睿恚铮睿铮簦铮睿濉。幔洌幔穑簦椋觯濉。簦颍酰螅簦颍澹纾椋铮睢。恚澹簦瑁铮洹。妫铮颉。酰睿悖铮睿螅簦颍幔椋睿澹洹。铮穑簦椋恚椋幔簦椋铮睢。穑颍铮猓欤澹恚螅郏剩荩粒穑穑澹洹。停幔簦瑁澹。恚幔簦椋悖蟆。幔睿洹。茫铮恚穑酰簦幔簦椋铮睿玻埃埃?,163(5):489—504. Shi?。。剩牵酰铩。省。龋伞。痢。睿澹鳌。簦酰螅簦颉。颍澹椋铮睢。恚澹簦纾瑁铮洹。妫铮颉。酰睿悖铮睿螅簦颍幔椋睿澹洹。铮穑簦椋恚椋幔簦椋铮睿郏剩荩剩铮酰颍睿幔臁。铮妗。茫铮恚穑酰簦幔簦椋铮睿幔臁。幔睿洹。粒穑穑欤椋澹洹。停幔簦瑁澹恚幔簦椋悖?,2007,22(6):126—128. 楊潤生,李樹君.一類優(yōu)化問題的非單調信賴域算法[J].運籌與管理,2007,16(5):53—57. 袁亞湘,孫文瑜.最優(yōu)化理論與方法[M].北京:科學出版社,1997. 陳小軍,張1—7. 超.非線性方程組在幾類計算問題中的應用[J].長沙理工大學學報(自然科學版),2006,3(4):?。模椤。印。幔睿洹。樱酰睢。祝裕颍酰螅簟。颍澹纾椋铮睢。恚澹簦瑁铮洹。铮妗。铮穑簦椋恚椋幔簦椋铮睢。穑颍铮猓欤澹恚螅郏剩荩希穑簦椋恚椋幔簦椋铮睢。恚澹簦瑁铮洌蟆。幔睿洹。恚铮洌澹臁。簦铩。螅铮欤觯濉。酰睿澹铮睿。螅簦颍幔椋睿澹洹。螅铮妫簦鳎幔颍澹保梗梗?,12(6):237—263.?。郏保玻荨。停铮颍濉。省。?,Grabow B?。樱龋椋欤欤螅簦颍铮怼。恕。牛裕澹螅簟。酰睿悖铮睿螅簦颍幔椋睿澹洹。铮穑簦椋恚椋幔簦椋铮睢。螅铮妫簦鳎幔颍澹郏剩荩粒茫汀。裕颍幔睿螅幔悖簦椋铮睿蟆。铮睢。停幔簦瑁澹恚幔簦椋悖幔臁。螅铮妫簦鳎瑁颍?,1981,7(1):17—24.?。ㄉ辖拥冢罚俄摚⒖嘉墨I:?。郏保蓐愋拢畽C械結構動態(tài)設計理論方法及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,1997 [2]Trench?。住。疲茫瑁幔颍幔悖簦澹颍椋幔簦椋铮睢。幔睿洹。穑颍铮穑澹颍簦椋澹蟆。铮妗。恚幔簦颍椋悖澹蟆。鳎椋簦琛。纾澹睿澹颍幔欤椋澹洹。螅恚恚澹簦颍。铮颉。螅耄澹鳌。螅恚恚澹簦郏剩荩蹋椋颍睿澹幔颉。粒欤纾澹猓颍帷。睿洹。桑簦幔蟆。粒穑穑欤椋悖幔簦椋铮睿玻埃埃?,377:207—218. [3]周富照.幾類約束矩陣方程及其最佳逼近[D].長沙:湖南大學,2002.?。郏矗菖碚褓潱畮最惥仃嚁U充問題和幾類矩陣方程問題[D].長沙:湖南大學,2003.?。郏担荨∥槿A鳳.一類約束矩陣方程問題和一類矩陣擴充問題[D].長沙:湖南大學,2006. 關于子矩陣約束下矩陣方程問題的研究[D].長沙:湖南大學,2006.?。郏叮荨↓忹惿玻埃埃担。郏罚荨∨韥喰拢蠼饧s束矩陣方程及其最佳逼近的迭代法的研究[D].長沙:湖南大學,vability?。悖铮睿洌椋簦椋铮睿蟆。妫铮颉。簦瑁濉。椋睿觯澹颍螅濉。澹椋纾澹睿觯幔欤酰濉。穑颍铮猓欤澹恚蟆。铮妗。澹澹睿簦铩螅恚恚澹簦颍颍椋恪。恚幔簦颍椋悖澹蟆。郏福荨。冢瑁铮酢。啤。?,Hu X?。伲冢瑁幔睿纭。蹋裕瑁濉。螅铮欤郏剩荩蹋椋睿澹幔颉。粒欤纾澹猓颍帷。睿洹。幔桑簦蟆。粒穑穑欤椋悖幔簦椋铮?,2003,364:147—160.?。幔铩。痢。校拢幔椤。凇。冢蹋澹幔螅簦螅瘢酰幔颍濉。螅铮欤酰簦椋铮睢。铮妫粒兀拢剑摹。铮觯澹颉。螅恚恚澹簦椋颍恪。穑铮螅椋簦椋觯濉。螅澹恚椋洌澹妫椋睿椋簦濉。恚幔簦椋颍悖澹蟆。郏剩荩剩铮酰颍睿幔臁。妫铩。茫铮怼。郏梗荨。蹋椋穑酰簦幔妫椋铮睿幔臁。停幔簦瑁澹恚幔簦椋悖?,2003,21(2):175—182.?。玻埃埃玻玻矗ǎ保海埂玻??。郏保希荨×伟财?,白中治.矩陣方程A XA=D的雙對稱最小二乘解[J].計算數(shù)學,[11]?。郏保玻荨。兀椋濉。摹。?,Sheng?。佟。?,Zhang?。凇。冢茫铮恚穑酰簦椋睿纭。簦瑁濉。睿澹幔颍澹螅簟。猓椋螅恚恚澹簦颍椋恪。穑铮螅椋簦椋觯濉。螅澹恚椋洌澹妫椋睿椋簦濉。恚幔簦颍椋。酰睿洌澹颉。簦瑁濉。螅穑澹悖椋幔臁。颍濉。福簦颍椋悖簦椋铮睿郏剩荩危酰恚澹颍椋悖幔臁。停幔簦瑁澹恚幔簦椋悖螅玻埃埃?,12(1):71—82. 田兆祿,譚艷祥,劉仲云.中心對稱M一陣的線性方程組的迭代解法[J].長沙交通學院學報,2005,21(2):1-4. 周富照.中心對稱矩陣的左右逆特征值問題[J].長沙交通學院學報,2004,2O(2):1—6??。郏保常荨≮w人可,lub?。恰。龋停幔簦椋颍。茫铮恚穑酰簦幔簦椋铮睿螅郏停荩拢幔欤簦椋恚铮颍澹海裕瑁濉。剩铮瑁睿蟆。龋铮穑耄椋睿蟆。眨睿椋觯澹颍螅椋簦。校颍澹螅?,1996? [14]?。牵?

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