Matematické Fórum

Nevíte-li si rady s jakýmkoliv matematickým problémem, toto místo je pro vás jako dělané.

Nástěnka
22. 8. 2021 (L) Přecházíme zpět na doménu forum.matweb.cz!
04.11.2016 (Jel.) Čtete, prosím, před vložení dotazu, děkuji!
23.10.2013 (Jel.) Zkuste před zadáním dotazu použít některý z online-nástrojů, konzultovat použití můžete v sekci CAS.

Nejste přihlášen(a). Přihlásit

#1 15. 06. 2015 15:11

eso.rimrak
Zelenáč
Příspěvky: 2
Škola: ČVUT
Pozice: doktorand
Reputace:   
 

Minimalizace funkce špatně řešitelné pomocí Newton-Raphsonovy metody

Dobrý den,

Prosím o radu, jak nejlépe najít minimum následující cílové funkce:

$\left(47.1725\, -\frac{13.5
   \text{MM}_1}{9.41032^{\text{EE}_1}-1}\right){}^4+\left(\frac{13.5
   \text{MM}_1}{4.78863^{\text{EE}_1}-1}-379.146\right){}^4+1.38476\times
   10^{10}
$

Pokoušel jsem se tuto funkci minimalizovat klasicky pomocí Newton-Raphsonovy metody. Nejprve jsem tedy vytvořil její gradient a optimalizoval ho tak, aby se rovnal nulovému vektoru.
Pokud zvolím MM1=konst. a vykreslím závislost cílové funkce a její derivace dle EE1 na EE1, získám následující průběhy:
//forum.matweb.cz/upload3/img/2015-06/73512_grafy.png
na levo: cílová funkce pro MM1=1
na pravo derivace cílové funkce dle EE1 pro MM1=1

Červeným puntíkem je označen bod kdy derivace cílové funkce dle EE1 se rovná 0 (tedy bod minima cílové funkce)

Pokud bude počáteční odhad v blízkosti červeného bodu, bude Newton-Raphsonova metoda správně směřovat do minima cílové funkce. Pokud dám počáteční odhad například 0.8 bude Newthon-Raphsonova metoda směřovat nesprávně.
Prosím o radu, jaká jiná optimalizační metoda by šla použít? Případně, pokud bych chtěl použít Newtonovu metodu, jak tento nešvar obejít?

Offline

 

#2 15. 06. 2015 16:22 — Editoval kafe_arabica (15. 06. 2015 16:27)

kafe_arabica
Příspěvky: 38
Reputace:   
 

Re: Minimalizace funkce špatně řešitelné pomocí Newton-Raphsonovy metody

Dobrý deň.

Ja by som to skúsil takto.
Funkcia má tvar $a^4+ b^4+c$. Keďže tie prvé dve veci sú nezáporné, táto funkcia bude mať minimum v bode, v ktorom sú "a" a "b" nulové. Samozrejme, ak taký bod existuje.
Napíšem si rovnice:

$13.5MM_1=47.1725(9.41032^{EE_1}-1) $
a druhá rovnica bude vyzerať podobne, proste chcem tú druhú zátvorku nulovú.

Skúsim to vyriešiť, a ak to má riešenie a patrí do definičného oboru tej funkcie, tak to je minimum.
Ak tie rovnice nemajú riešenie, tak by som použil štandard, teda gradient nulový ...

Niečo tam výjde:
http://www.wolframalpha.com/input/?i=47 … 3%5Ex-1%29
Nula nie je v definičnom obore, takže tam ostane to druhé číslo.

Offline

 

#3 15. 06. 2015 16:46 — Editoval Bati (15. 06. 2015 16:58)

Bati
Příspěvky: 2439
Reputace:   191 
 

Re: Minimalizace funkce špatně řešitelné pomocí Newton-Raphsonovy metody

Ahoj ↑ kafe_arabica:
Pokud bys našel bod, ve kterém by byly obě závorky nulové, byla by to dost velká náhoda (obě ty funkce uvnitř jsou na kladné poloose monotonní). Zdá se mi, že ty numera pochází z nějakých reálných dat a proto musíme předpokládat obecnou situaci, kdy bod, který hledáš neexistuje. Ten tvůj výpočet z wolframu je irelevantní vzhledem k dané situaci - nikde nepředepisuješ nulovost těch výrazů.

↑ eso.rimrak:
Napadá mě akorát vzít tu derivaci a zkusit najít nějakou vhodnou zhlazovací funkci, kterou to přenásobíš. Ta zhlazovací funkce by měla splňovat přinejmenším tohle:
1) je kladná
2) blízko nuly bude dostatečně malá
To by mělo vyřešit problém toho, že to protíná tu osu moc "strmě". K tomu, aby ses trefil do správné části grafu samozřejmě ale nějakou apriorní informaci mít musíš.

Offline

 

#4 15. 06. 2015 16:57

kafe_arabica
Příspěvky: 38
Reputace:   
 

Re: Minimalizace funkce špatně řešitelné pomocí Newton-Raphsonovy metody

↑ Bati: Ahoj.

No, to máš pravdu. Ja som to skúsil a vyšlo to. Určite to takto nejde vždy. Aj som tam napísal, "ak to má riešenie ...".
Za pokus to stojí, keďže výpočet trvá pol minúty.
Po vyjadrení autora, zistíme či treba počítať so všeobecnou situáciou alebo nie.

Offline

 

#5 15. 06. 2015 17:05

Bati
Příspěvky: 2439
Reputace:   191 
 

Re: Minimalizace funkce špatně řešitelné pomocí Newton-Raphsonovy metody

↑ kafe_arabica:
No tak, už jenom to, že tam má nějaký parametr $MM1$ naznačuje, že to nechce pro situaci $MM1=1$. A nevím teda, co ti vyšlo, ale pro $MM1=1$ to nevychází, že by obě závorky mohly být nulové.

Offline

 

#6 15. 06. 2015 17:13

kafe_arabica
Příspěvky: 38
Reputace:   
 

Re: Minimalizace funkce špatně řešitelné pomocí Newton-Raphsonovy metody

↑ Bati:
To číslo z wolframu, 3.07... je hodnota $EE_1$. K tomu treba dopočítať $MM_1$ (sústava). A v tom bode je minimum.

Offline

 

#7 15. 06. 2015 17:22 — Editoval eso.rimrak (15. 06. 2015 17:30)

eso.rimrak
Zelenáč
Příspěvky: 2
Škola: ČVUT
Pozice: doktorand
Reputace:   
 

Re: Minimalizace funkce špatně řešitelné pomocí Newton-Raphsonovy metody

Děkuji za odpovědi,

↑ kafe_arabica:
Tento způsob bohužel nepůjde použít. Uvedená cílová funkce je pouze ukázková. Úlohu potřebuji řešit obecně pro MM1, MM2, ..., MMn a EE1, EE2, ..., EEn, přičemž v závorkách se mohou EE a MM různě střídat. Splněno je vždy pouze to, že EE je exponentem ve jmenovateli a MM je v čitateli.

↑ Bati:
Pokusím se najít zhlazovací funci, ale problém je jednak strmost v bodě minima, ale také pomalý pokles směrem k vyšším hodnotám EE1. Jakmile se v nějaké iteraci dostane EE1 za ten "kopeček" přestává to fungovat
Pokusím se najít nějakou vhodnou funkci, kterou přičtu k cílové funkci, tak aby se minimum zachovalo a zároveň se funkce na pravé straně zvednula, případně zcela zahladila ten kopeček...

Offline

 

#8 15. 06. 2015 17:53 — Editoval Bati (15. 06. 2015 17:53)

Bati
Příspěvky: 2439
Reputace:   191 
 

Re: Minimalizace funkce špatně řešitelné pomocí Newton-Raphsonovy metody

↑ eso.rimrak:
Chápu, to by šlo nejspíš zachránit tak, že by ta zhlazovací funkce rostla dostatečně rychle pro velká EE1.

Offline

 

Zápatí

Powered by PunBB
© Copyright 2002–2005 Rickard Andersson