Metody_optimizatsii
.pdf
|
* |
|
|
23 |
точка |
x b []a, , |
в которой функц и я дости гает глобального ми - |
||
|
|
0 |
0 |
|
ни мума на |
a0 |
b0 [], при, |
чем слева от этой точки функц и я не возрастает, а |
справанеубы вает.
Замети м, что в данном определени и не предполагается ни гладкость, ни непреры вность функц и и . При ведем некоторы е графи чески е и ллю страц и и уни модальны х функц и й
a 0 b0 a 0 b0 a0 b0
Ч и сленны е методы одномерной ми ни ми зац и и |
бази рую тся на вы чи слени и |
||||||||||||||||||||
конечного чи сла значени й функц и и |
f (x) |
и |
ее прои зводны х в некоторы х |
||||||||||||||||||
точках |
отрезка |
|
= |
L0 b0 []a. 0 ,М етоды , |
|
и спользую щ и е |
только |
значени я |
|||||||||||||
функц и и |
и |
не |
требую щ и е |
вы чи слени я |
ее |
прои зводны х, |
|
назы ваю тся |
|||||||||||||
методами ми ни ми зац и и нулевого порядка. М |
етоды , и спользую щ и езначени я |
||||||||||||||||||||
прои зводны х делятся на методы |
первого, |
второго и |
т.д. |
|
порядков в |
||||||||||||||||
зави си мости оттого, прои зводны екакого порядкаони и спользую т. |
|
|
|||||||||||||||||||
Сущ ествую т две при нц и пи ально |
разли чны е стратеги и |
вы бора точек, |
в |
||||||||||||||||||
которы х осущ ествляю тся вы чи слени я. Е сли |
всеточки задаю тся заранее, |
до |
|||||||||||||||||||
началавы чи слени й, |
- это пасси вная стратеги я. Е сли |
всеточки |
вы би раю тся |
||||||||||||||||||
последовательно |
в |
проц ессе пои ска с учетом результатов |
|
преды дущ и х |
|||||||||||||||||
вы чи слени й, |
- |
это |
последовательная |
стратеги я. |
При мером |
реали зац и и |
|||||||||||||||
пасси вной стратеги и является метод перебораи ли равномерного пои ска. |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
М ето дпер ебо р а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
М |
етод |
перебора |
является |
простейш и м |
и з |
методов |
ми ни ми зац и и |
||||||||||||||
нулевого |
|
порядка. |
В начале |
|
задается |
|
начальны й |
|
промежуток |
||||||||||||
неопределенности |
= |
L0 b0 []a0и, |
коли чество |
вы чи слени й |
функц и и |
N . |
|||||||||||||||
В ы чи слени я прои зводятся в N равноотстоящ и х друг от друга точках, при |
|||||||||||||||||||||
этом промежуток с |
= |
L0 b0 []a0дели, |
тся на |
N + 1 |
равны х промежутков). |
||||||||||||||||
Путем сравнени я вели чи н |
|
= |
|
|
(находиi ), f xтся точка xk , |
в которой |
|||||||||||||||
i |
, 1N |
||||||||||||||||||||
значени е |
функц и и |
наи меньш ее. |
И скомая |
точка |
ми ни мума |
счи тается |
|||||||||||||||
заклю ченной впромежутке xk −1 xk +1 ][. |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
А лго р итм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ш аг 1. Задать начальны й промежу- |
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
L0 b0 []a, 0 , |
||||||||||
ток неопределенности |
|
||||||||||||||||||||
N - коли чество вы чи слени й функц и и . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(b |
− a |
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 0 + ix |
|
|
,i = , 1N , равностоящ и едруг от |
||||||||||||
Ш аг2. В ы чи сли тьточки |
i |
|
0 a |
0 |
|
|
|||||||||||||||
друга. |
|
|
|
|
|
|
|
|
N + 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в N |
|
|
|
|
|
|
|||
Ш аг 3. |
|
В ы чи сли ть |
значени я функц и и |
найденны х |
точках: |
|
|||||||||||||||
|
= |
|
. ( i ), f x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
, 1N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ш аг 4. Среди точек i |
,= |
|
xнайтi и такую , в которой функц и я при ни мает |
||||||||||||||||||
, 1N |
|||||||||||||||||||||
наи меньш еезначени е: |
k |
= |
|
|
xi )f. ( |
fminx ( |
) |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
1≤i≤N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ш аг 5. Т очками ни мума x* |
при надлежи тпромежутку: |
* |
−1 |
+1 |
][ = L , |
, |
k |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
накотором в качестве при бли женного реш ени я можетбы тьвы бранаточка
x* = xk .
В результате при менени я алгори тма равномерного пои ска, после N вы чи слени й функц и и характери сти касужени я первоначального промежутка
неопределенности равна R(N) = |
|
2 |
|
. Поэтому если и значально задана |
|
N + 1 |
|||||
|
|
||||
требуемая вели чи на R(N), то |
требуемое для данного сокращ ени я |
промежутканеопределенности чи сло вы чи слени й функц и и определяется как
наи меньш еец елоечи сло, удовлетворяю щ ееуслови ю N ³ |
2 |
-1. |
|
|
|||||||||||||||||||||
|
R(N) |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
П р имер 1. Н айти ми ни мум функц и и |
|
|
= |
|
2 |
− 12x методом2(x ) fпереборx а. |
|||||||||||||||||||
Реш ени е. В оспользуемся алгори тмом перебора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
1. |
В |
качестве |
начального |
|
промежутка |
|
неопределенности |
|
возьмем |
||||||||||||||||
|
промежуток |
= |
L0 b0 |
a=0 |
|
|
]. |
10Задади, 0[ |
м[] |
N, = 9 так, |
чтобы |
L0 |
содержал |
||||||||||||
|
N + 1 = 10 равны х промежутков. |
|
|
|
|
|
|
|
− |
) 0 |
(10 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2. |
О предели м точки вы чи слени я функц и и : |
i |
= |
0 + |
|
|
|
= |
i, |
= i9, 1.x |
|||||||||||||||
|
10 |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f (1) = −10, |
|||
3. |
В ы чи сли м |
значени я |
функц и и |
|
в |
полученны х |
точках: |
||||||||||||||||||
|
f (2) = −16 , |
f (3) = −18, |
|
f (4) = −16 , |
f (5) = −10, |
f (6) = 0 , |
f (7) = 14 , |
||||||||||||||||||
|
f (8) = 32 , |
f (9) = 54. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4. |
В |
точке x3 = 3 функц и я при ни маетнаи меньш еезначени е: f |
x3 |
= −18. ( ) |
|||||||||||||||||||||
5. |
И скомая |
точка ми ни мума |
после |
девяти |
вы чи слени й |
при надлежи т |
|||||||||||||||||||
|
промежутку: |
x* |
],4,[в2 |
котором |
вы би рается точка x* = x3 = 3 . При |
||||||||||||||||||||
|
этом характери сти каотноси тельного уменьш ени я начального промежутка |
||||||||||||||||||||||||
|
неопределенности |
R(N) = |
|
2 |
|
= |
1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
9 + 1 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xx k x
i
М ето ды со кр а щ ения пр о межутко в
Рассмотри м |
далее при меры |
методов, |
которы е реали зую т |
последовательную |
стратеги ю . В |
основе данны х методов лежи т |
|
25 |
|
последовательное |
сокращ ени е промежутка |
неопределенности . |
Сокращ ени е промежутка неопределенности прои зводи тся в больш и нстве методов на основе вы чи слени я функц и и в точках текущ его промежутка.
Д анны е точки разби ваю т промежуток неопределенности |
на несколько |
|
частей. Свойство уни модальности |
функц и и позволяет наосновевы чи слени я |
|
функц и и в прои звольны х двух |
точках, при надлежащ и х |
промежутку, |
определи ть, каки м и з полученны х отрезков точками ни муманепри надлежи т. Д ействи тельно, поскольку уни модальная функц и я напромежутке a x* ] [не,
возрастает, анапромежутке x* b[ ] н, е убы вает, то если вы брать две точки y, z Î[a, b], y < z и для эти х точек f ( y) ³ f (z) , то это может бы ть ли бо си туац и я, и зображенная на ри сунке 9 и ли ри сунке 9, и в том и в другом
случае |
* x |
b[]y. ,Случаю же |
f ( y) £ f (z) |
может соответствовать только |
|||
си туац и и , и зображенны е на ри сунках 8, 10, |
и |
поэтому в данном |
случае |
||||
* x |
z][.a, |
Рассмотренны е ни же несколько |
методов |
последовательной |
|||
одномерной |
ми ни ми зац и и |
отли чаю тся |
способом |
вы бора |
точек |
||
y, z Î[a, b], y < z . При этом разли чны еспособы |
вы бораточек при водятк |
разной скорости сокращ ени я промежутканеопределенности и кразли чному чи слу необходи мы х вы чи слени й функц и и .
f f
|
|
|
x* z b |
|
|
|
x* |
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
a |
y |
x |
a |
y |
z |
x |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ри с. 7 |
Ри с. 8 |
f |
f |
26
a |
|
y |
z x* |
b |
x |
a |
|
x* y z |
b |
x |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ри с.9 |
Ри с. 10 |
Мето дделения пр о межутка по по ла м
Метод делени я промежутка пополам относи тся к последовательны м
стратеги ям и позволяети склю чи тьи з дальнейш его рассмотрени я накаждой
и терац и и |
полови ну |
текущ его |
промежутка |
неопределенности . |
Работа |
||
алгори тма |
заканчи вается, |
когда дли на |
текущ его |
промежутка |
|||
неопределенности оказы вается неболеенекоторой вели чи ны |
ε > 0 , |
которую |
|||||
назы ваю т требуемой |
точностью . |
М етод при надлежи т к методам нулевого |
|||||
порядка. Н а каждой |
и терац и и |
сравни ваю тся значени я функц и и |
в трех |
пробны х точках, равномерно распределенны х на текущ ем промежутке, т.е. делящ и х его начеты реравны ечасти .
А лго р итм
Ш аг1. Задатьначальны й промежутокнеопределенности ε > 0 - требуемую точность. Положи тьk = 0 .
Ш аг2. В ы чи сли ть: xkc = |
ak + bk |
, |
|
2 |
|
= − , (xkcf). |
|
|
|
||||||
|
|||||||
2 |
|
|
|
|
|
= L0 b0 []aи0 ,
Lak bk
|
Ш аг3. В ы чи сли ть: |
|
yk |
= ak + |
|
|
L2k |
|
|
, |
zk = bk |
− |
|
|
|
L2k |
|
|
, f ( yk ) , |
|
|
f (zk ) . |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
Ш аг4. Сравни тьзначени я |
|
|
|
|
|
|
f (xkc ): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
f ( yk ) и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
а) |
если |
|
|
( |
|
k |
) < |
|
(xcf), |
иf склюy чи ть промежуток (xc ,b |
k |
], |
положи в |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
kc , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
||||||||
k +1 = |
k +1 = ak . |
|
Среднейba x точкой нового промежуткастанови тся точка |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
yk : |
xkc+1 = yk . Перейти кш агу 6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
б) если |
|
( |
k |
) ³ |
(xcf), перейтиf y |
кш агу 5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
f (xkc ): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Ш аг5. Сравни ть f (zk ) |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
а) |
|
если |
|
( |
k ) < |
|
(xkcf), |
fи склюz |
|
|
чи ть промежуток |
|
[ak , xkc ) |
|
положи в |
|||||||||||||||||||||||||||||
k +1 = |
kc , |
k +1 = bk . |
|
Среднейa b x точкой нового промежутка станови тся точка |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
zk |
: |
xkc+1 = zk . Перейти кш агу 6. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
б) |
если |
|
( |
k |
) ³ |
|
|
(xcf), |
иfсклюz |
чи тьпромежутки [ |
|
|
|
|
) ( |
|
|
|
, b |
k |
]z, aположиy |
в |
||||||||||||||||||||||
|
|
= |
|
|
= z |
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k k k |
|
||||
|
+1 |
, |
+1 |
k |
. |
|
Средняяa b y |
точка нового |
промежутка не и змени тся |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
k k |
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
xkc+1 = xkc . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
£ ε , |
|
|
|
|||||||
|
Ш аг 6. |
В ы чи сли ть |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
L- a |
. bЕ сли |
|
|
L |
)1k +2()1 |
|
|
алгори тм |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
kk++1 |
|
|
|
|
k +1 |
|
|
|
|
2( |
|
|
|
|
|
|
||||||
заверш ает свою |
|
|
работу, и |
делается |
вы вод, |
что x* L |
k + |
, |
а в качестве |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
)1 2( |
|
|
|
|
|
|||||
при бли женного |
|
реш ени я |
|
можно, |
|
|
|
напри мер, |
взять |
|
середи ну |
данного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
> ε |
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
промежутка. |
Е сли же |
|
L |
|
|
|
|
, то положи ть k = k + 1 |
и |
перейти |
к |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k + )1 2( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ш агу 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Следует замети ть, |
что |
|
для |
данного |
метода на каждой |
и терац и и , |
|||||||||||||||||||||||||||
начи ная со второй, |
вы чи сляется значени ефункц и и только в двух точках, так |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
как средняя точка нового промежутка всегда совпадает с одной и з точек |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
рассматри ваемы х |
на преды дущ ей и терац и и . |
|
Т аки м образом, |
для данного |
|||||||||||||||||||||||||||||||
метода R(N ) = |
1 |
|
|
, где N - |
коли чество вы чи слени й функц и и . Н умерац и я |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
N |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
промежутков неопределенности подчерки вает тот факт, |
что |
на каждой |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
и терац и и вы чи сляется двазначени я функц и и . |
|
|
|
|
= |
|
2 |
− 12x |
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
П р имер |
2. |
|
Н айти |
ми ни мум |
функц и и |
|
|
|
|
|
методом2(x ) f x |
||||||||||||||||||||||
делени я промежуткапополам. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
Реш ени е. В |
|
|
качестве |
|
|
начального |
промежутка неопределенности |
||||||||||||||||||||||||||
рассмотри м промежуток |
|
|
|
|
|
= |
|
L0 b0 |
a=0 |
] |
10 ,положи0[ [] |
м, |
ε = 1. |
|
|
|
|||||||||||||||||||
1. Положи м k = 0 . |
|
0 + 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(xcf) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
2. В ы чи сли м: |
|
c = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
−10= .= L |
|
=, |
10 |
5, |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
== 5,+2,z0 |
|
|
10 |
= 75,−, |
|
|
|
y0 = − |
|
|||||||||
3. В ы чи сли м |
|
|
|
|
y0 |
0 |
|
|
|
|
10 |
|
|
|
f |
5, , 17 ( ) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
4 |
|
|
|||||||||||||||||||||
f |
|
z0 |
= |
5,. 22( |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
4. |
( |
|
) < |
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
положи м |
|
|
|
|
|
x |
c |
= b5 |
|
c |
|
|
|
|||||||||
0 |
(x f), поэтомуf y |
|
|
|
|
|
0 |
,a=x = =a y0=, = 2,5 . |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 1 |
0 |
0 |
|
|||
5. Получи м L2 = |
|
|
|
L2 |
|
= |
|
> ε = 1. Положи5 |
м k =],1 ,5и[0перейдем кш агу 3. |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
6. В ы чи сли м |
y |
1 |
0 |
5 |
= +, z251, 5 |
|
|||||
|
|
|
4 |
1 |
|
f z1 = − |
875. , |
|
|
|
|
16 ( |
) |
|
7.( 1 ) > (x1cf), поэтомуf y перейдем кш агу 5.
8. ( 1 ) > (x1cf), f zпоэтому
5 |
= 753− , |
f y = − 875, , 11 ( ) |
|
||
4 |
|
1 |
|
|
a2 = y1 = 251,, b2 = z1 = 753,,
xc |
= xc = 2,5 . |
|
|
|
|
|
|
||||
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9. Получи м L4 = |
|
L4 |
|
= ,5 >2 ε . Положи], м75k,=3;225и перейде,[1 м кш агу |
|||||||
|
|
||||||||||
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После |
третьего |
|
прохода |
алгори тма, |
получи м |
||||||
L8 = |
|
|
L8 |
|
= |
< ε = 1. Д ости62гнут, 0а требуема], я43точност, 3; 81 ь,[,2поэтому |
|||||
|
|
|
алгори тм заканчи ваетсвою |
работу с N = 8. Х арактери сти каотноси тельного |
||||
сокращ ени я промежутка |
R(N) = |
|
1 |
. В качестве реш ени я можно взять |
|
16 |
|||||
|
|
|
средню ю точку последнего промежутка x* = x4c = 125.3,
Мето дзо ло то го сечения
Метод золотого сечени я относи тся к последовательны м методам
нулевого порядка. |
В методезолотого сечени я двевнутренни еточки , которы е |
и спользую тся для |
сокращ ени я промежутка неопределенности , вы би раю тся |
28
таки м образом, чтобы одна и з ни х и спользоваласьс той жец елью и на следую щ ем уже сокращ енном промежутке. Т акое прави ло вы бора точек при води тктому, что чи сло вы чи слени й функц и и сокращ ается вдвоеи одна и терац и я требуетрасчетатолько одного нового значени я функц и и . Т аки ми свойствами обладаю тточки , назы ваемы еточками золотого сечени я. Говорят, что точкапрои зводи тзолотое сечени епромежутка, если отнош ени едли ны
всего промежуткакдли небольш ей части равно отнош ени ю |
дли н больш ей |
||||||||
части кменьш ей. |
|
|
|
|
|||||
В методе золотого сечени я на промежутке [a, b] |
си мметри чно |
||||||||
относи тельно его конц оввы би раю тся точки y и |
z , таки ечто |
|
|||||||
|
b − a |
= |
b − y |
= |
b − a |
= |
z − a |
|
|
|
b − y y − a z − a b − z |
|
При этом точка y прои зводи тзолотоесечени епромежутка[a, z], аточка z - промежутка[ y, b].
|
|
|
|
|
|
|
|
А лго р итм |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Ш аг1. Задатьначальны й промежутокнеопределенности |
L0 b0 []aи0 , |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
ε > 0 - требуемую |
точность. Положи тьk = 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
+ |
3 - |
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ш аг |
2. |
В ы чи сли ть: |
= |
5 |
), |
|
--y |
0 |
,+ b |
0 |
= a |
z |
0 |
||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
||||
3 − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5 |
|
= |
38196 . |
0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ш аг3. В ы чи сли ть |
k |
|
zk f) . f ( y |
), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Ш аг4. Сравни ть f ( yk ) |
и f (zk ) : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
а) |
|
|
если |
k |
≤ |
zk f) , |
(f (тyо) |
положи ть |
+1 = |
, |
+1 = zk ak иbk |
ak |
|
|
|
=+ b +1 − yk+,1 zk +y1k = yk a. kПерейти кш агу 5.
б) |
если |
|
k |
> |
z |
k |
f) , |
(тfо( y положи) |
ть |
+1 |
= |
, |
+1 |
= b |
k |
aи by y |
= z |
k |
, |
|||||||||
|
= |
+ b |
− y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
k k +1k |
|
|
||||||
|
+1 |
. Перейтz и aкш агу 5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
k+1 |
|
|
|
k |
|
k |
|
|
|
|
|
ìk + |
k ¹ 0 |
|
|
1, |
|
|
|
|||||
Ш аг 5. |
В ы чи сли ть |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
Nk = |
|
и |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
+1 |
kN+1 |
í |
=bL |
a- |
|
|
провери ть |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
LN ≤ ε , |
|
|
|
|
|
î |
|
|
k |
= 0 |
|
|
|
2, |
|
|
|
|
услови е окончани я. |
Е сли |
|
то |
проц есс пои ска |
заверш ается |
и |
||||||||||||||||||||||
* |
k +1 xbk +1[]a. |
В ,качествепри бли женного реш ени я можно взятьсереди ну |
||||||||||||||||||||||||||
последнего промежутка x |
* |
= |
ak +1 + bk +1 |
|
. Е сли |
LN > ε , положи ть k = k + 1 и |
||||||||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
||||||||||||||||||||||||
перейти кш агу 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Д ля |
метода |
золотого |
сечени я |
характери сти ка |
относи тельного |
||||||||||||||||||||||
уменьш ени я промежутканеопределенности равна R N = |
|
|
) |
N −1 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
618, где, N0(( - ) |
|||||||||||||||||||||||||
коли чество вы чи слени й функц и и . |
|
|
|
|
|
|
127 |
|
61 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
П р имер 3. Н айти ми ни мум функц и и |
( ) |
|
|
|
4=x + 2 |
методомx- f x |
|||||||||||||||||||||
|
4 |
|
золотого сечени я.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Реш ени е. |
В |
|
качестве |
начального |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
промежутка |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
неопределенности возьмем промежуток |
|
|
|
|
= |
|
L0 b0 |
|
a=0 |
|
|
|
],,5 0; 0[положим[] , |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
ε = 0,15. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
Положи м k = 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2. |
В ы чи сли м |
= |
+ |
|
|
|
|
|
− a |
0 |
|
|
|
=b |
0 |
191;y , 0 a) |
|
|
|
|
|
|
( |
|
382 0, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
= |
+ |
|
− y |
0 |
|
= bz309a.0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
3. |
В ы чи сли м |
0 |
= |
|
|
|
|
|
z0 f = |
|
319. , 0f |
|
y) |
|
( |
|
|
; |
|
245 |
|
,(0 |
) |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
4. |
Т аккак |
0 < |
z0 f) , т(оf ( y |
|
)= |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
= z0 = b1309a1; , 0a0 |
|
|
|
|
|
0; |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
= |
+ |
− |
= |
|
|
|
|
= y |
0 |
= z 191. , 0b |
|
|
|
y |
0 |
|
y |
1 |
|
; a 118 0, |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
5. |
Получи м |
L2 = |
|
|
|
|
|
L2 |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
> ε = |
|
15 ., 0 |
Положи309м |
|
,k0= 1 |
и ]; |
309 |
, 0;[ |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
перейдем кш агу 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
6. |
В ы чи сли м |
1 |
= |
|
|
|
|
|
z1 f = |
|
|
|
245 . , 0f |
y) |
|
|
( |
|
; |
|
642 |
, (0 |
|
) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
7. |
Т ак |
как |
|
|
1 |
> |
z |
1 |
)f , |
(f (тyо) |
a |
2 |
= y |
|
= |
|
|
; |
|
118b |
0=,b = |
|
; |
309 0, |
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
= |
= |
|
|
= |
+ |
|
|
− z |
|
= b236a. , 0 z |
|
|
|
|
|
y |
2 |
z |
|
|
|
; |
|
191 0, |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
8. |
Получи м |
L2 = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L3 |
|
= |
|
|
|
|
|
> ε = |
|
15 ., 0Положи м191k =, 02 и |
]; |
309 |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
перейдем кш агу 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
9. |
В ы чи сли м |
2 |
= |
|
|
|
|
|
z2 f = |
162 . , 0f |
|
y) |
|
|
( |
|
|
; |
|
|
245 |
,(0 |
) |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
10. |
Т ак |
как |
|
2 |
> |
z |
2 |
f) , (f ( тyо) |
|
a |
3 |
= y |
2 |
|
= |
|
|
|
; |
|
|
191b 0=, b |
2 |
= |
|
; |
309 0, |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
= |
= |
|
|
= |
+ |
|
|
− z2 = b3264a3. , 0z3 |
|
|
|
|
|
y3 |
|
z2 |
|
|
|
; |
236 0, |
|
|
||||||||||||||||||||||||
11. |
Получи м |
L2 = |
|
|
|
|
|
|
|
|
L4 |
|
= |
|
|
|
|
|
< ε = |
|
|
15 ;, 0 |
|
* 4 ,118Nx =, 04L. В |
]; |
309 , |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
качествереш ени я можно взять x* = |
|
|
|
|
+ |
|
309 |
=, 0250,. 191 0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Д ля |
данного |
при мера характери сти ка относи тельного уменьш ени я |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
начального промежутканеопределенности равнаR N = |
|
|
|
|
3 = |
|
236 . , 0 |
) |
618 |
, 0(( |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
М ето дхо р д(секущ их) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
М етод хорд относи тся к последовательны м методам первого порядка. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В основе данного метода лежи т следую щ ее обосновани е. |
Н еобходи мы м и |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
достаточны м |
услови ем |
глобального |
|
ми ни мума |
|
вы пуклой |
непреры вно |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ди фференц и руемой функц и и |
является равенство |
|
f ′ x |
= 0(. )Е сли |
наконц ах |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
промежутка[a, b] прои зводная |
|
|
′ |
|
|
|
|
и меетразны езнаки , т.е. |
′ |
|
|
|
′ |
b |
f< 0a, ) |
(( |
) |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
f (x) |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
то на промежутке найдется точка, в которой |
f |
′ |
|
|
|
обращ ается в нуль, и |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
(x) |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
пои ск точки ми ни мума f (x) |
|
на промежутке [a, b] экви валентен реш ени ю |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
уравнени я |
|
|
|
|
|
′ = |
|
|
|
|
|
|
b]a. , [x |
|
|
,f 0(x ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
Д ля при бли женного реш ени я данного уравнени я можно и спользоватьметод |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
хорд. Э тотметод основаннасокращ ени и отрезков путем определени я точки |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
y пересечени я сосью OX хорды графи кафункц и и |
|
f |
′ |
|
. К оорди нататочки |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
(x) |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y определяется по формуле y = a − |
|
|
|
|
|
|
|
f (a) |
|
|
|
(a − b) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
′ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− ′ b) f( f (a) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30
f '
a |
y |
x* |
b |
x
О трезок дальнейш его пои ска [a; y] |
и ли |
[ y;b] |
вы би рается в зави си мости |
от |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
′ |
|
|
|
|
f |
′ |
y |
> 0(, т)о вы би рается [a; y] , если f |
′ |
|
y < 0( -)[ y;b]. |
|
|
|||||||||||||||||
знака f ( y) . Е сли |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
Т аки м |
образом, |
|
метод и спользуется |
при |
нали чи и |
и нформац и и |
об |
|
||||||||||||||||||||||||
отрезке[a, b] таком, что |
′ |
|
|
|
|
′ |
) > 0 .f |
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
( |
) < 0 ,f аa ( |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
У слови е дости жени я |
требуемой |
точности |
в |
данном |
алгори тме |
|
||||||||||||||||||||||||||
наклады вается не на дли ну промежутка неопределенности , а на вели чи ну |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
f ′(yk ) |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А лго р итм |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Ш аг1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L0 b0 []a0 , |
|||||||||||
|
|
Задатьначальны й промежутокнеопределенности |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
и ε > 0 - требуемую |
|
точность. Положи тьk = 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
Ш аг2. В ы чи сли ть y |
|
= a |
|
− |
|
f ′(ak ) |
|
(a |
− b |
|
) . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
′ k − |
′ bk )f |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
k |
|
|
(kf ( a k) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Ш аг3. В ы чи сли ть f ′(yk ) . |
|
|
|
|
* = |
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
Ш аг4. Е сли |
|
|
f ′(yk ) |
|
|
≤ ε , то положи ть |
k |
|
|
= |
yk f) |
и (поиx сxf,)к |
(y |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
заверш и ть, и начеперейти кш агу 5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
Ш аг5. Е сли |
|
f ′( yk ) > 0 , то положи ть |
= |
k |
′ |
|
|
= |
′ |
yk )f, и (начb, еf )b( y |
||||||||||||||||||||||
положи ть |
= |
k |
|
′ |
|
= |
|
′ yk )f. Положи( a, f )aт(ьky = k + 1 и перейти кш агу 2. |
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
В данном методемы предполагали , что |
′ |
′ b f< 0a. Пр) (и( наруш) |
ени и |
|
||||||||||||||||||||||||||||
этого услови я точку x* |
можно указатьсразу. Т ак, если f ′ a > 0( и) |
f ′ b |
> 0(, |
) |
||||||||||||||||||||||||||||||
то |
f (x) |
возрастает на [a, b], |
следовательно, |
x* = a , |
|
|
если |
|
f ′ a < 0( |
)и |
|
|||||||||||||||||||||||
|
f ′ b |
< 0(, |
)то |
f (x) |
убы ваетна [a, b], следовательно, |
x* = b . В |
случае, |
если |
|
|||||||||||||||||||||||||
прои зводная равна 0 |
на одном и з |
конц ов отрезка [a, b], то этот конец |
и |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
является реш ени ем задачи. |
|
|
|
|
|
|
|
) = |
4 + e−x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
П р имер 4. Н айти ми ни мум функц и и |
( |
|
методомx f x хорд. |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
Реш ени е. В |
|
качестве начального |
промежутка |
|
|
неопределенности |
|
|||||||||||||||||||||||||
возьмем промежуток |
|
= |
|
L0 b0 |
a=0 |
]1;,0[положи[] , |
м ε = 0,05 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
31 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
Провери м услови е f ′ |
|
|
f ′ |
|
< 0 .1) ( У)(слови0 евы полнено. |
|
|
|
|||||||||||||||||||||
2. |
Положи м k = 0 . |
|
0 = |
y |
|
′ y0 f= − |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
3. |
В ы чи сли м точку |
|
766 . , 0 |
) |
|
|
( |
; |
216 0, |
|
|
|||||||||||||||||||
4. |
Т аккак |
|
f ′ y0 |
|
|
> ε = |
05,, т0о переходи( ) |
м кш агу 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
5. |
Поскольку f |
′ |
y |
|
<(0 |
положи) |
м |
= |
, |
= b |
|
, |
′ |
a |
y= − |
766 . , 0( |
) |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
1 |
|
1 |
|
0 |
|
|
|
6. |
При сваи ваем k = 1 и переходи м кш агу 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
7. |
В ы чи сли м точку |
1 = |
y |
|
′ y1 |
f= − |
528 . , 0 |
|
) |
|
( |
|
; |
352 0, |
|
|
||||||||||||||
8. |
Т аккак |
|
f ′ y1 |
|
> ε = |
05,,т0о переходи( ) |
м кш агу 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
9. |
Поскольку f |
′ |
y |
|
< (0 |
положи) |
м |
= |
, |
= b , |
′ |
|
|
y= − |
528 . , 0( |
) |
|
|||||||||||||
|
|
fab a |
2 |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
1 |
|
|
|
|||
10. |
При сваи ваем k = 2 и переходи м кш агу 2. |
|
|
|
|
|
a5 = |
b5 = 1. |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
Н а6-й и терац и и получаем промежуток сконц ами |
, 504 0 |
|||||||||||||||||||||||||||
Н а данном |
промежутке метод |
генери рует точку |
y5 = |
516 ,0,в которой |
|
|||||||||||||||||||||||||
f ′ y5 |
= − |
046. , 0А( лгори) |
тм заверш ает |
работу, |
|
поскольку |
дости гнута |
|
||||||||||||||||||||||
требуемая точность |
|
f ′ y5 |
|
|
< ε = |
05 ., 0 |
( |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мето дНьюто на
Метод Н ью тонаявляется последовательны м методом второго порядка.
Предполагается, |
что функц и я |
f (x) |
дважды |
|
|
|
ди фференц и руема, при чем |
||||||||||||||
f ′′ x |
> 0( (это) |
гаранти руетвы пуклостьфункц и и |
|
|
f (x) ). В |
этом случаекорень |
|||||||||||||||
уравнени я |
|
f ′ x |
= 0( можно) |
при бли женно и скать методом касательны х. В |
|||||||||||||||||
отли чи е от преды дущ и х методов, |
метод Н ью тона не относи тся к методу |
||||||||||||||||||||
сокращ ени я |
промежутков. |
Д ля |
начала работы |
|
метода |
вместо задани я |
|||||||||||||||
начального |
промежутка неопределенности |
требуется |
задани е начальной |
||||||||||||||||||
точки |
x0 , |
в которой вы чи сляется |
f ′(x0 ) |
и |
|
f ′′(x0 ) . |
В |
проц ессе работы |
|||||||||||||
методагенери руется последовательность xk , |
k = 1,2... В |
очередной точке xk |
|||||||||||||||||||
строи тся ли нейная аппрокси мац и я функц и и |
f |
′ |
|
|
(касательная к графи ку |
||||||||||||||||
(x) |
|||||||||||||||||||||
′ |
|
|
|
в которой ли нейная аппрокси ми рую щ ая функц и я обращ ается |
|||||||||||||||||
f (x) ). Т очка, |
|||||||||||||||||||||
внуль, и спользуется вкачествеследую щ его при бли жени я xk +1. |
|||||||||||||||||||||
|
У равнени е касательной к графи ку |
′ |
|
|
|
|
в точке xk и меет ви д |
||||||||||||||
|
f (x) |
||||||||||||||||||||
= |
′ |
+ |
|
′′ |
− x |
) ,xпоэтомуx )(f точка(yx( fx) |
|
, найденная и з услови я y = 0 , |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
k k |
|
k |
|
f ′(xk ) |
k +1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
определяется формулой xk +1 |
= xk |
− |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f ′′(xk ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Проц едура нахождени я точек xk |
продолжается до тех пор, пока не |
|||||||||||||||||||
будетдости гнутатребуемая точность, т.е. |
|
f ′(xk ) |
|
≤ ε . |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
Алго р итм
Шаг1. Задатьначальную точку x0 , ε > 0 - требуемую точность.
Положи тьk = 0 . |
|
|||||
Ш аг2. |
В ы чи сли ть f ′(xk ) . |
|
||||
Ш аг3. |
Е сли |
|
f ′(xk ) |
|
≤ ε , то положи ть * = k |
* = xk f) и (поиx скxf,) (x |
|
|
заверш и ть, и начеперейти кш агу 4.
|
32 |
f ′(xk ) |
|
|
Ш аг4. В ы чи сли ть |
xk +1 = xk - |
. |
||
|
||||
|
|
f ¢¢(xk ) |
Ш аг5. Положи тьk = k + 1. Перейти кш агу 2.
Исследовани я методаН ью тонапоказы ваю т, что при достаточно бли зком
кточкеми ни мума x* вы бореначального при бли жени я x0 , гаранти руется
скоростьсходи мости последовательности |
xk , |
k = 0,1,... к x* |
ви да |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
* |
|
2k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C > 0 , |
,q),Îи1; 0(C Cq-завиx сят£ x от функц и и |
|
f (x) |
и |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
вы бора точки |
|
|
x0 . Е сли |
|
начальное при бли жени е x0 |
вы брано не достаточно |
||||||||||||||||||||||||||||||
бли зко |
|
к точке x* , |
то последовательность xk , k = 0,1,... метода Н ью тона |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
может |
|
расходи ться. |
|
|
В |
|
подобны х |
случаях |
необходи мо |
найти |
лучш ее |
|||||||||||||||||||||||||
начальное при бли жени е x0 , |
|
напри мер, |
с помощ ью |
нескольки х |
и терац и й |
|||||||||||||||||||||||||||||||
методазолотого сечени я. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
П р имер 5. Н айти ми ни мум функц и и |
|
( |
) |
= + x2 ) |
- |
1 ln( xarctgx |
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
методом Н ью тона. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
Реш ени е. |
|
|
Д анная |
функц и я |
|
дважды |
ди фференц и руема |
и |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
¢¢ |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 + x02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
f |
(x) = |
> 0. |
В |
|
|
качестве начального |
при бли жени я |
возьмем |
точку |
||||||||||||||||||||||||||
|
x0 = 1, положи м ε =10−7 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
1. |
В ы чи сли м f ′ x0 |
= |
|
785 . , (0 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
2. |
Поскольку |
|
|
f ¢ x0 |
|
|
|
|
|
> ε =10−7 , т(о перейде) м кш агу 4. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
3. |
В ы чи сли м x |
|
|
= x |
0 |
|
|
|
|
|
- |
f ′(x0 ) |
|
= - 570., |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f ¢¢(x0 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
4. |
Положи м k = 1. Перейти кш агу 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
5. |
В ы чи сли м f ′ x1 |
= − |
519 ., 0 ( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
6. |
Поскольку |
|
|
|
f ¢ x1 |
|
|
> ε =10−7 , т(о перейде) м кш агу 4. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f ′(x ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. |
В ы чи сли м x |
2 |
= x |
- |
|
1 |
|
= 117 .0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f ¢¢(x1 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
8. |
Положи м k = 2 . Перейти кш агу 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
9. |
Поскольку |
|
|
f ¢ x2 |
|
|
> ε =10−7 , т(о перейде) м кш агу 4. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
10. В ы чи сли м x3 = x2 |
|
|
|
|
|
f ′(x2 ) |
|
|
|
|
−3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
- |
|
|
|
|
|
|
×10 |
=. |
-061 1, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
f ¢¢(x2 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
11. Положи м k = 3. Перейти кш агу 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
12. В ы чи сли м f ¢ x3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
×10−3=.-061 , 1( |
) |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
13. Поскольку |
|
|
|
|
f ¢ x3 |
|
|
> ε =10−7 , т(о перейде) м кш агу 4. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
14. В ы чи сли м x4 = x3 |
- |
|
f ′(x3 ) |
= 9 ×10 |
−8 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
f ¢¢(x3 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|