Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Книга_МО.pdf
Скачиваний:
553
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
12.36 Mб
Скачать

Шаг 2. По формулам (2.10) и (2.11) находим x = 0,4968. Поскольку на первой

итерации вычисление величины

 

невозможно, переходим сразу к шагу 4.

 

 

 

 

 

Шаг 4. Вычисляем f (x) = 0,6694. Переходим к шагу 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

Шаг 5. На данной итерации имеем: x1

< x < x2 < x3 ,

f (x) f (x2 ), следовательно

x [x, x

].

Поэтому полагаем

 

x

 

= x = 0,4968, f (x ) = f (x) = 0,6694, а точки x

 

, x

3

и

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

значения f (x) в них не изменяются. Переходим к следующей итерации.

 

 

 

 

 

Итерация 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку точки x1 , x2

и x3

уже найдены, то начинаем с шага 2.

 

 

 

 

 

 

Шаг 2. Находим x = 0,5224. Переходим к шагу 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шаг 3.

=

 

0,4968 0,5224

 

 

 

= 0,026 > 0,025, поэтому переходим к шагу 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шаг 4. Вычисляем f (x) = 0,6676. Переходим к шагу 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

Шаг 5.

Поскольку x

< x

2

< x < x

,

f (x

2

) f (x),

следовательно

x [x

2

, x

],

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

поэтому

 

полагаем

x1 = x2 = 0,5,

f (x1 ) = f (x2 ) = 0,6690,

x2

= x = 0,5224,

f (x2 ) = f (x) = 0,6676, а точка x3

и значение f (x3 ) остаются прежними. Переходим

к следующей итерации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Итерация 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку точки x1 , x2

и x3

уже найдены, то начинаем с шага 2.

 

 

 

 

 

 

Шаг 2. Находим x = 0,5248 и переходим к шагу 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шаг 3.

Определяем

=

 

0,5224 0,5248

 

= 0,024 < 0,025 ,

т.е.

требуемая точность

 

 

достигнута, поэтому полагаем x

 

x 0,525.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отметим, что в результате пяти вычислений функции

f (x)

(три − на итерации

1, и по одному − на итерациях 2 и 3) точка x была найдена с весьма высокой точностью (точное до четвертого знака значение x = 0,5283) . ■

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Пусть

f (x) − дифференцируемая унимодальная на отрезке [a, b] функция,

причем

 

 

M . Оценить точность (N ) при определении минимального

 

 

 

f (x)

значения

 

f

методом перебора в результате N вычислений f (x) .

33

2. Может ли оценка ε(N) = bNa1 для точности определения x методом

перебора нарушаться для функций, не являющихся унимодальными? Ответ пояснить рисунком.

3.Повысится ли эффективность метода поразрядного поиска, если шаг поиска последовательно уменьшать не в четыре, а в какое-либо другое число раз?

4.Может ли применение методов исключения отрезков привести к неверному определению x , если функция f (x) не унимодальна? Ответ пояснить рисунком.

5.Зависит ли точность определения x , которую гарантируют методы дихотомии и золотого сечения в результате N вычислений f (x) , от конкретной функции f (x) ?

6.Требуется найти точку минимума унимодальной функции на отрезке длины 1 с точностью ε = 0,02 . Имеется возможность измерить не более 10 значений f (x) .

Какой из прямых методов минимизации можно использовать для этого?

7. Доказать, что погрешность определения точки минимума x функции f (x)

методом перебора не превосходит величины εn = (b a) / n .

8. Доказать, что в методе дихотомии число итераций, необходимое для определения точки минимума с точностью ε , определяется формулой

n log2 b2εaδδ .

9. Доказать, что число точности ε на отрезке [a, b]

 

2ε

 

b a

n ln

 

 

/ lnτ 2,1ln

 

 

 

2ε

b a

 

 

итераций, необходимое для достижения заданной в методе золотого сечения определяется формулой

.

10. Сравнить необходимые количества вычисленных значений Nи N n

функции f (x) при поиске ее точки минимума на отрезке длины 1 с точностью 10-5

методом деления отрезка пополам и методом перебора.

11.Зависит ли точность определения x , которая получается методом парабол

врезультате N вычислений функции f (x) , от конкретной функции f (x) ?

12.Указать класс функций, для точного определения точек минимума которых достаточно одной итерации метода парабол.

34

13. В окрестности точки минимума x график f1 (x) близок к симметричному относительно вертикальной оси, проходящей через точку x , а график f2 (x)

заметно асимметричен. Для какой из этих функций следует ожидать более высокой скорости сходимости, применяя метод парабол?

Задание для численной реализации в среде программирования MATLAB

1.Написать в среде MATLAB функции, реализующие следующие пять методов: перебора, поразрядного поиска, дихотомии, золотого сечения и парабол.

2.Выбрать для выполнения работы тестовую функцию, номер которой соответствует номеру Вашего компьютера. Например, для компьютера №3 это будет функция 3), для компьютера №13 − функция 4): 13-9=4; для компьютера №23 это будет функция 5): 23-9×2=5.

1)

f (x) = x3

3sin x min, x [0, 1].

2)

f (x) = x 4

+ x 2 + x +1 min,

x [1, 0].

3)

f (x) = e x

+

 

1

 

min,

x [0,5, 1,5].

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

4)

f (x) = x 2

2x + ex min,

x [1, 1,5].

5)

f (x) = x sin x + 2 cos x min,

x [6, 4].

6)

f (x) = x +

1

 

min,

x [1, 2].

 

 

 

 

 

 

x2

 

 

7)

f (x) =10x ln x

x 2

min,

x [0,1,1].

 

 

 

2

 

 

 

8)

f (x) = e x

1

x3 + 2x min,

x [2,5, 1].

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

9)

f (x) = x 2

2x 2 cos x min, x [0,5,1].

3.Для выбранной функции и для каждого реализованного метода изучить зависимость скорости работы (числа вычислений функции N ) от заданного значения точности ε . Провести сравнение методов друг с другом. Объяснить полученные результаты.

4.Вычислить аналитическое значение координаты минимума выбранной функции с точностью до 4 значащих цифр.

35

5. Определить, сколько вычислений функции потребуется каждому методу для того, чтобы разность между численным и аналитическим решениями была меньше

ε =104 .

 

 

 

 

 

6. Найти минимум функции f (x) = e x 1

x

x2

x3

с точностью ε =104 на

 

 

 

2

6

 

отрезке [-5,5] методами золотого сечения и парабол. Объяснить полученные результаты.

7. Результаты работы сохранить для использования в задании для численной реализации гл. 3.

36

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]