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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

 

 

 

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

 

 

 

 

 

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 , -=