ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Σχετικά έγγραφα
ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Μέθοδοι μονοδιάστατης ελαχιστοποίησης

Μέθοδοι μονοδιάστατης ελαχιστοποίησης

Βασίλειος Μαχαιράς Πολιτικός Μηχανικός Ph.D.

Μάθημα Επιλογής 8 ου εξαμήνου

ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Βασίλειος Μαχαιράς Πολιτικός Μηχανικός Ph.D.

Βασίλειος Μαχαιράς Πολιτικός Μηχανικός Ph.D.

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΕ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Ι

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον (Εργαστήριο 4)

ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ

Μέθοδοι πολυδιάστατης ελαχιστοποίησης

5 η Σειρά ασκήσεων-μηγραμμικός Προγραμματισμός

1η Οµάδα Ασκήσεων. ΑΣΚΗΣΗ 1 (Θεωρία)

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Ι

Βελτιστοποίηση κατανομής πόρων συντήρησης οδοστρωμάτων Πανεπιστήμιο Πατρών - Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών

1 η ΑΣΚΗΣΗ. 1. Θεωρία (Κεφ. 1, 2) ξ = 2 της εξίσωσης fx ( ) = 0 για x

ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ ΑΚΡΟΤΑΤΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΩΝ. Αριθμητικές μέθοδοι ελαχιστοποίησης ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΧΩΡΙΣ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΥΣ

Πιο συγκεκριμένα, η χρήση του MATLAB προσφέρει τα ακόλουθα πλεονεκτήματα.

1η Οµάδα Ασκήσεων. ΑΣΚΗΣΗ 1 (Θεωρία)

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΕ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Επαναληπτικές μέθοδοι

3 η ΕΝΟΤΗΤΑ ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΕΝΟΣ ΚΡΙΤΗΡΙΟΥ

Εισαγωγή στην επιστήμη των υπολογιστών. Λογισμικό Υπολογιστών Κεφάλαιο 8ο Αλγόριθμοι

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Ι

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Ι

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον (Εργαστήριο 6)

4.1 Πράξεις με Πολυωνυμικές Εκφράσεις... 66

[1] Μπακιρτζής Α.Γ., Οικονομική Λειτουργία Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας, Εκδ. Ζήτη Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 11321

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Χρήστος Ι. Σχοινάς Αν. Καθηγητής ΔΠΘ. Συμπληρωματικές σημειώσεις για το μάθημα: «Επιχειρησιακή Έρευνα ΙΙ»

Εισαγωγή στην υδροπληροφορική και βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων

A Τελική Εξέταση του μαθήματος «Αριθμητική Ανάλυση» Σχολή Θετικών Επιστημών, Τμήμα Μαθηματικών, Πανεπιστήμιο Αιγαίου

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ με το EXCEL

Συστήματα Παραγωγής ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΓΡΑΜΜΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

A = x x 1 + 2x 2 + 4

x k+1 = x k + α k (x k ) ώστε f(x k+1 ) < f(x k ),

Αριθμητική εύρεση ριζών μη γραμμικών εξισώσεων

είναι πρόβλημα μεγιστοποίησης όλοι οι περιορισμοί είναι εξισώσεις με μη αρνητικούς του σταθερούς όρους όλες οι μεταβλητές είναι μη αρνητικές

Πληροφοριακά Συστήματα Διοίκησης. Επισκόπηση μοντέλων λήψης αποφάσεων Τεχνικές Μαθηματικού Προγραμματισμού

Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών ΕΜΠ 4 ο Εξάμηνο ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ. Πρώτη Ενότητα Αριθμητική Επίλυση Μη-Γραμμικών Εξισώσεων

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

2η Οµάδα Ασκήσεων. ΑΣΚΗΣΗ 3 (Θεωρία-Αλγόριθµοι-Εφαρµογές)

ΣΧΟΛΗ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΤΜΗΜΑ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗΣ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: ΘΑΝΑΣΗΣ ΚΑΖΑΝΑΣ. Οικονομετρία

Πίνακας Περιεχομένων

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΕΡΟΣ ΠΡΩΤΟ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΘΕΩΡΙΑΣ ΣΥΝΟΛΩΝ ΚΑΙ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ

ΜΕΜ251 Αριθμητική Ανάλυση

ΑΚΕΡΑΙΟΣ ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΑΛΓΟΡΙΘΜΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ

Εισαγωγή στην υδροπληροφορική και βελτιστοποίηση συστημάτων υδατικών πόρων

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Γραµµικός Προγραµµατισµός (ΓΠ)

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ

Θερμοδυναμική - Εργαστήριο

Εισαγωγή στην επιστήμη των Υπολογιστών & Τηλεπικοινωνιών

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Ι

Non Linear Equations (2)

Βασίλειος Μαχαιράς Πολιτικός Μηχανικός Ph.D.

ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΕ Π ΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΤΙΚΟ Π ΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Ποσοτικές Μέθοδοι στη Διοίκηση Επιχειρήσεων ΙΙ Σύνολο- Περιεχόμενο Μαθήματος

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ - ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ, 3 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ, ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δρ Ιωάννης Αθ.

Προσομοίωση Συστημάτων

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι Εργαστήριο 1 MATLAB ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Ι ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 1. Θέμα εργαστηρίου: Εισαγωγή στο MATLAB και στο Octave

5269: Υπολογιστικές Μέθοδοι για Μηχανικούς. Εύρεση Ριζών.

Π Α Ν Ε Π Ι Σ Τ Η Μ Ι Ο Θ Ε Σ Σ Α Λ Ι Α Σ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Βιομηχανίας. Εργαστήριο Φυσικών και Χημικών Διεργασιών

Αριθμητικές Μέθοδοι σε Προγραμματιστικό Περιβάλλον

Fermat, 1638, Newton Euler, Lagrange, 1807

z = c 1 x 1 + c 2 x c n x n

HY213. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ, , 5 Ο ΕΞΑΜΗΝΟ ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Δ. Βαλουγεώργης Απαντήσεις: ΠΡΟΟΔΟΣ 1, Επιμέλεια λύσεων: Γιώργος Τάτσιος

ΙΑ ΟΧΙΚΕΣ ΒΕΛΤΙΩΣΕΙΣ

ΗΜΥ 325: Επαναληπτικές Μέθοδοι. Διδάσκων: Χρίστος Παναγιώτου

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Ι

Μελετήστε την θεωρία που αφορά Επαναληπτικές Μεθόδους Επίλυσης Γραμμικών Συστημάτων.

Μαρία Χ.Γουσίδου-Κουτίτα Επίκουρη Καθηγήτρια Τμήματος Μαθηματικών Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ

Κατάτµηση Εικόνων: Ανίχνευση Ακµών και Κατάτµηση µε Κατωφλίωση

Προσεγγιστική λύση Γραμμικών Συστημάτων με την μέθοδο Gauss-Seidel. Δημιουργία κώδικα στο Matlab

17. Εισαγωγή σε αριθμητικές μεθόδους για μηχανικούς και αλγορίθμους

καθ. Βασίλης Μάγκλαρης

Προσαρμογή καμπύλης με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων

ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΘΕΩΡΙΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΓΡΑΜΜΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ ΣΤΗ ΛΗΨΗ ΑΠΟΦΑΣΕΩΝ (1)

Transcript:

ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Α. Ντούνης ΔΙΔΑΣΚΩΝ Χ. Τσιρώνης ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ - Αριθμητικές τεχνικές - Επισκόπηση αλγορίθμων - Optimization in MATLAB

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ Εφαρμόζονται κυρίως σε προβλήματα που δεν είναι δυνατό (ή πρακτικό) να λυθούν αναλυτικά. Δεν υπάρχει μαθηματικός τύπος για τη συνάρτηση προς ελαχιστοποίηση ή/και τους περιορισμούς. Οι εξισώσεις που δίνουν οι συνθήκες ελαχιστοποίησης είναι πολύπλοκες (ή/και η επίλυση τους είναι χρονοβόρα). Προσεγγιστική λύση με χρήση Η/Υ: Τυποποίηση προβλήματος (Ι/Ο). Χρήση αριθμητικής ανάλυσης. Σύνδεση με τις θεωρητικές μεθόδους. 2

ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Προβλήματα βελτιστοποίησης χωρίς περιορισμούς: Επαναληπτικές μέθοδοι (με/χωρίς αναδρομικό τύπο). Είτε εμπλέκουν παραγώγους της συνάρτησης είτε δεν περιλαμβάνουν τον υπολογισμό παραγώγων. Προσπάθεια εντοπισμού των τοπικών ελαχίστων μέσω της επαναληπτικής αναζήτησης προς κατευθύνσεις οι οποίες συγκλίνουν με πιθανή λύση του προβλήματος. Προβλήματα βελτιστοποίησης με περιορισμούς: Μετασχηματισμός σε πρόβλημα χωρίς περιορισμούς. Ακολουθία αλγορίθμων ελαχιστοποίησης με κριτήρια τερματισμού ή/και έλεγχο παραβίασης των περιορισμών. 3

ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΩΝ Αλγόριθμοι για προβλήματα χωρίς περιορισμούς: Αναζήτηση χωρίς παραγώγους (ομοιόμορφη, χρυσή τομή). Αναζήτηση με χρήση παραγώγων (διχοτόμηση). Κλίση χωρίς παραγώγους (συντεταγμένη κάθοδος). Κλίση με χρήση παραγώγων (μέγιστη κάθοδος, Newton). Αλγόριθμοι για προβλήματα με περιορισμούς: Κλίση με χρήση παραγώγων (μέγιστη κάθοδος, Newton). Τροποποιημένη κλίση (συζυγία, εφικτές κατευθύνσεις). Μέθοδοι φραγής (παράμετροι φραγμού). Μέθοδοι ποινής (συναρτήσεις penalty). 4

ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ Πληθώρα εμπορικών πακέτων για την αριθμητική επίλυση προβλημάτων βελτιστοποίησης. Εμείς χρησιμοποιούμε το MATLAB optimization toolbox. 19 μέθοδοι για τοπική και ολική βελτιστοποίηση. Γραφικό περιβάλλον (input tabs, method setup, plots, ). 5

ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΘΕΩΡΙΑΣ? Αριθμητικές μέθοδοι για κάθε είδος προβλήματος: Προβλήματα σε μια ή περισσότερες διαστάσεις. Προβλήματα με ή χωρίς περιορισμούς. Γραμμικά ή μη γραμμικά προβλήματα. Προσοχή: Η σωστή χρήση του λογισμικού απαιτεί καλή γνώση της σχετικής θεωρίας! Η λύση «με το πάτημα ενός κουμπιού» δημιουργεί ένα σύνδρομο υπεραπλούστευσης Επαλήθευση/πιστοποίηση της αριθμητικής λύσης. Χειρισμός περιπτώσεων αστοχίας του λογισμικού. 6

ΕΚΚΙΝΗΣΗ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ Το λογισμικό ξεκινάει με την εκτέλεση της εντολής «optimtool» στη γραμμή εντολών MATLAB. Σημείωση: Το optimtool δεν «τρέχει» ως background task! 7

ΒΑΣΙΚΕΣ ΡΥΘΜΙΣΕΙΣ Επιλογή μεθόδου ελαχιστοποίησης (βλ. ευρετήριο) Εισαγωγή στοιχείων προβλήματος (f, f, f, X 0, ) Ρυθμίσεις αλγορίθμου (τερματισμός, ακρίβεια, ). 8

ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΜΕΘΟΔΩΝ optimtool fminbnd fmincon fminimax fminsearch fminunc fseminf fsolve fzero lsqnonlin Optimization toolbox in MATLAB Single-variable minimization with bounds Constrained nonlinear minimization Constrained search-based minimization Unconstrained minimization without using derivatives Unconstrained minimization using derivatives Constrained semi-infinite minimization Nonlinear equation solving Single-variable nonlinear equation solving Nonlinear least-squares minimization 9

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΠΡΩΤΟ Να λυθεί το πρόβλημα ελαχιστοποίησης minf(x), με f(x 1,x 2,x 3 ) = x 1 2 + 2x 2 2 + x 3 2 2x 1 16x 2 4x 3 + 7 και τους περιορισμούς x 1 2 + 2x 2 5x 3 2 0, 3x 1 2x 2 + x 3 + 9 0. ΜAΘΗΜΑ ΕΒΔΟΜΟ 10

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ - ΣΥΖΗΤΗΣΗ Αριθμητικές τεχνικές Επισκόπηση αλγορίθμων Optimization in MATLAB 11