Файл: Козин В.З. Методы исследований в обогащении учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.06.2024
Просмотров: 150
Скачиваний: 1
ности движения, и, наконец, тем больше, чем меньше L т.е. положе функция.
Свойства Функции нам не подвластны и последнее можно лишь иметь-в'виду. Целесообразно также выби
рать максимально возможное |
А |
, и наконец бороться |
||||
за |
более точное |
достижение |
экстремума снижением Da |
|||
и |
в . |
и Ѳ естественно, |
|
|
||
|
Снижение |
приводит к увели |
||||
чению числа наблюдений. Первое - |
за |
счет |
повышения |
|||
количества дублирующих опытов, второе - |
за счет замед |
|||||
ления движения к экстремуму. |
|
|
|
|||
|
Сравнительно резкое снижение |
|
в многомерных |
случаях достигается путем применения специальных планов эксперимента с одновременным варьированием нескольких факторов /чему мы посвятили достаточно много времени
для |
изучения/. |
|
|
|
|
Снижение |
Ѳ |
в принципе нежелательно. |
Если неиз |
||
вестно расстояние до экстремума, то можно так затн-_ |
|||||
нуть поиск, |
что |
затраты станут неприемлемыми. П ото |
|||
му в таких случаях рекомендуется вариант метода сто |
|||||
хастической |
аппроксимации, |
с переменным В |
.причем |
||
чем |
больше |
у/ |
, іем |
меньше S . В конце концов |
|
при |
Ѳ X 0 |
Ь( х ) ~ О |
|
|
Проблемой становится выбор скорости уменьшения S , так как при слишком быстром убывании можно не успеть дойти до экстремума, как движение пракратчтся, при мед ленном - теряются преимущества идеи.
Имеется ряд предложений по выбору S Например
s |
- |
Jf+i |
|
. |
|
/ 11.6 / |
Можно использовать и усовершенствование.
Так, если движение осуществляется несколько р---: в одном и том же направлении, то это почти наверняка
верное направление и снижать ^ S |
нет смысла. При пе |
ремене же направления появляется |
подозрение, что это |
если П - число перемен направления движения, то
является предпочтительным алгоритмом изменения Ѳ
11.4.Наискорейший спуск
Видее пропорционального поиска есть одно слабое место, - после каждого шаге /хотя бы удачного и эффек тивного/ необходимо вычислять размеры и направление сле
дующего шага, а это уже связано с дополнительными опы тами.
Чтобы преодолеть этот недостаток был предложен один из самых популярнейших и эффективнейших методов поиска - метод Наискорейшего спуска.
Его идея в принципе проста - не следует ничего вычис лять, а необходимо двигатюя в первоначально выбранном направлении до тех пор пока это приводит к увеличению целевой функции, и только после достижения её экстре мума поставить опыты в соседних точках, уточнить направ ление и снова как можно скорее двигаться к экстремуму.
По существу, задача многомерного поиска на этом докальном пути движения к экстремуму сразу превращается в одномерную: необходимо искать экстремум на намечен ной в пространстве прямой пинии.
Когда речь идет о многомерном объекте, то в качестве факторов используются самые различные величины, это может быть время /сек/ и температура /град/, концентра ции /г/см а / и т.п.
Поэтому, практически всёгда целесообразно переходить
к безразмерным |
относительным |
единицам |
|
|
|
_ |
Х і ~ Хеи |
/11.7/ |
|
|
|
■и |
5 |
|
где Х±н и |
- |
нижнее и |
верхнее значение |
і -го |
|
|
фактора. |
|
|
Тогда все факторы будут изменяться только в пре делах йфі и не иметь размерностей, /кстати, некоторые алгоритмы например, адаптационные, расчитаны только на безразмерные факторы, изменяющиеся в пределах
Офі/.
Алгоритм наискорейшего спуска будет следующим В начальной точке пространства определяются каким-
либо способом частные производные по всем факторам
|
|
, |
|
ди. |
где |
^ |
|
"я* ’ |
|
- функция цели. |
и |
|||
Затем |
осуществляется |
изменение всех факторов 31L- |
||
на некоторую величину |
ѳ |
д^дхс |
измеряется значение функции цели и сравнивается с пре дыдущим
|
|
/ 11.8/ |
и так |
происходит до тех пор пока Л у. не станет |
рав |
ным |
нулю, после чего вновь определяется градиент |
в |
достигнутой точке и движение продолжается. Окончится оно
тогда, когда |
все |
gу |
|
|
|
Конечно, |
аэс'г |
= 0 ' |
д |
, |
|
на работу алгоритма влияет выбор |
Ö |
||||
однако, благодаря резкому сокращению числа опытов па |
|||||
определение |
градиента |
Ѳ |
можно сделать сравнитель |
но малым и обеспечить планов достижение частного эк стремума на выбранной линии.
11,6, Особенности градиента Градиент не является абсолютно неизменной характе
ристикой свойств процесса. Его величина зависит от масштаба переменной.
Это печальное обстоятельство приводит к тому, что выбрав масштаб факторов, мы субъективно формируем свойства гиперповерхности и в определенной мере влияем на эффективность всей последующей работы.
'Иногда это влияние стань сильно, что приходится в процессе эксперимента менять масштаб факторов.
Это настолько важно, что следует разобраться на
примере. |
9Са - г/т; |
^ - %, |
Пусть X JL - сек, |
||
Алгоритм движения молодом наискорейшего спуска |
*^•1 У+і |
— |
х I# +• а Ч_ |
> |
|
|
|
|
д х і |
|
|
|||
X -z -н+і. - |
X z^ + Q |
■ |
|
|
||
Запишем |
эти формулы в размерностях |
|
|
|||
Сс е к] = [ с е к ] + Ѳ[ |
J |
|
|
|||
[V rJ |
= C'/TJ + 8 C . ^ T] . |
|
|
|||
Для того, |
чтобы соблюдать равенства, Ѳ |
должно |
||||
иметь в первом случае |
размерность |
C£KZ |
а во |
вто- |
||
ром ( г/ т)г |
|
|
|
7о |
|
|
Это, конечно, невозможно. |
|
|
||||
% |
|
|
|
|
|
|
Как только мы |
вводим безразмерные величины, |
т.е^ |
формулыдолжны быть записаны в относительных величи нах, проблема размерностей отпадает и можно рассмот
реть внимательнее |
сам |
градиент. |
Итак пусть |
. |
g " |
|
Y = |
|
|
|
* 6 - Л Н ; |
ц - Л ~ У«— .
*У * - у *
Тогда оба уравнения примут вид
X i (Qj —JCfH » |
Xjo - Х і н ■ а М |
^ІЧ |
|
*^ів - |
ЭС-ІН |
Х і 6 —ЗС^н + Ы д х [ |
^ в - ^ н |
Х і ( Ѳ |
) - Х гІ< . |
Х ц а ~ Х і Н |
Х Л В ~ Х ін |
|
|
+ g - ä L . |
~ Х м |
Х і б - Х л н |
Я в -- Я н |
т.е, коэффициенты при частных производных различны /что необходимо/, но кроме всего зависят or введенных нами величин и JCH . Выбрав их другими, мы попадем в другую точку пространства, пользуясь одними и теми же методами.
Из этих соображений следует полезность вычисления прежде всего знака градиента и использования именно зна ка, ибо эго объективная характеристика.
11.6. Влияние свойств гиперповерхности на эффективность поиска
Все вышеизложенное было справедливо по отношению
к сравнительно "спокойным'-' функциям, применительно к которым можно определить и градиент и шаг движения. Хуже обстоит депо, когда гиперповерхность потека имеет вид достаточно острого гребня или узкого оврага, что
вполне возможно даже из-за плохого |
выбора |
масштаба. |
||||
Все |
методы поиска |
L |
этом случае |
работают |
плохо, так |
|
как |
"удержаться" |
на |
узком' гребне |
и |
двигаться к его |
н.чивысшей точке нелегко.
В таких случаях приходится резко уменьшать величину шагов /другими словами, изменять масштаб факторов/.
Эту особенность поисковых методов следует учитывать, ибо иногда с целью перехода от поиска условного экстре-? , мума
/11.9/
£ (х)
переходят к поиску безусловного экстремума, формируя искусственную гиперповерхность типа
t ( x ) = у ( х ) - И [ £ ( х ) - Л ] * / и . і и
тем самым формируя гребень, по вершине которого про
ходит линия ограничения.
11.7. Поиск экстремума на отрезке. Метод "золотого сечения"
Рассмотрим задачу. Пусть известно, что экстремум функции расположен на отрезке X =L . Как поставить опыты , чтобы в любом сгіѵчае число опытов было наимень
шим:' |
X J |
|
X , |
|
|
Поставим опыты в точках |
» |
||
|
|
і |
|
|
1 . |
Возможные случаи при этом: |
|
|
|
4 ( * і ) > $ ( х г) ; |
|
|
|
|
2. |
у ( х і) к у ( х *) > |
|
|
|
а.y ( * i ) = ï ( X i ) :
Врезультате мы сделали бы вывод, что в первом
случае |
необходимо исследовать отрезок |
, во втором |
||||
случае |
- |
1 - Х і |
, и в третьем случае |
- Хі - |
||
Третий вариант входит как составляющая часть в пер |
||||||
вый или |
второй. |
|
|
|
|
|
Поставим теперь эти опыты так, чтобы |
|
|||||
|
|
I |
L |
- |
/ |
/ i i . l i / |
|
|
X z |
I - X i |
|||
|
|
|
|
тогда при любом выборе исходный отрезок сократится на
величину ’С |
. Кроме того, |
^ |
следует |
выбрать так, |
||
чтобы любой оставшийся опыт |
в |
Хі |
или |
Xz |
в спедую- |
|
щем варианте |
разбиения' оставшегося |
отрезка |
мог быть |
|||
использован. |
|
|
|
|
|
|
Это значит, |
что |
|
|
|
|
|
|
х , -= |
|
|
|
|
|