《精通MATLAB最优化计算》一书的课件第5章MATLAB优化工具箱.ppt

《精通MATLAB最优化计算》 清华大学 龚纯 2009.4，ISBN：978-7-121-08251-1 内容简介 本书的主要内容是应用MATLAB来解决最优化问题，通过将“最优化问题”、“MATLAB优化工具箱”和“MATLAB编程”这三方面有机结合进行讲述，即一方面是使用工具箱来快速解决最优化问题，另一方面是通过算法编程深入解决最优化问题。 本书侧重于最优化算法的MATLAB实现，同时精选了大量的最优化问题实例，通过实例的求解，生动地教会读者掌握MATLAB在最优化问题方面的应用。 通过本书，读者不仅能掌握使用MATLAB最优化工具箱来快速解决实际问题，而且能学会分析优化算法和采用MATLAB编程解决最优化问题，从而提高分析和解决问题的能力。 本书可作为信息、数学、经济、金融、管理、运筹、统计、计算机以及有关理工科专业的本科生、研究生作为教材、实验或教学参考书，也可供相关工程技术与管理人员、数学建模爱好者参考。 本书导读图 本书使用指南 给读者的建议 本书主要特色 1．内容由浅入深、层次性强 2．紧密围绕MATLAB，系统性强 3．算法程序及实例丰富，实用性强 4．算法编程实现，指导性强 5．语言简洁精炼，可读性强 第 5章 MATLAB优化工具箱 5.1 工具箱概述 5.1.1 工具箱的功能 5.1.2 工具箱的新特色 5.1.3 工具箱的结构 5.2 工具箱函数 5.3 GUI优化工具 5.3.1 GUI优化工具的启动 5.3.2 GUI优化工具的界面 5.3.3 GUI优化工具使用步骤 5.3.4 GUI优化工具应用实例 5.4 小结 5.1.1 工具箱的功能 优化工具箱主要可以用于解决以下问题： （1）求解无约束条件非线性极小值； （2）求解约束条件下非线性极小值，包括目标逼近问题、极大-极小值问题以及半无限极小值问题； （3）求解二次规划和线性规划问题； （4）非线性最小二乘逼近和曲线拟合； （5）非线性系统的方程求解； （6）约束条件下的线性最小二乘优化； （7）求解复杂结构的大规模优化问题。 5.1.2 工具箱的新特色 MATLAB R2008b提供的优化工具箱是4.1版本，4.1版本较之以前的3.x版本，主要增加了以下新的特色。 （1）函数fmincon、fminimax和fgoalattain中引入了并行机制，加快了梯度的计算速度； （2）函数gatool和psearchtool 整合到优化工具箱GUI中； （3）函数fmincon的求解器中新增内点算法； （4）提供了KNITRO优化库的接口； （5）函数lsqcurvefit、lsqnonlin和fsolve的优化选项参数PrecondBandWidth默认值由0变为inf； （6）优化选项参数TolConSQP的默认值修改为1e–6； （7）输出结构中引入了参数constrviolation。 5.1.3 工具箱的结构 5.2 工具箱函数 函数输入参数 函数输出参数 模型输入时需要注意的问题 （1）目标函数最小化 优化函数fminbnd、fminsearch、fminunc、fmincon、fgoalattain、fminmax和lsqnonlin都要求目标函数最小化。 （2）约束非正 优化工具箱要求非线性不等式约束的形式为Ci(x)≤0，通过对不等式取负可以达到使大于零的约束形式变为小于零的不等式约束形式的目的。 （3）避免使用全局变量ce Model.vi”等VI来实现。 5.3 GUI优化工具 优化工具（optimtool）是2006年9月在MATLAB 7.2版本优化工具箱3.1版本中推出的，它是执行下列常见优化任务的图形用户界面。 选择求解器并定义优化问题； 设置和检查优化选项； 运行问题并将结果可视化； 在MATLAB工作空间和优化工具之间导入和导出问题定义、算法选项和结果； 自动生成M文件代码，以获取工作并自动执行任务； 带有图形选项，用来显示对求解器执行期间进度的预定义或自定义测量标准。 5.3.1 GUI优化工具的启动 启动GUI Optimization tool有以下两种方法。 （1）在命令行上输入optimtool； （2）在MATLAB主界面单击左下角的“Start”按钮，然后依次选择“Toolboxes→Optimization→Optimization tool(optimtool)。 5.3.2 GUI优化工具的界面 GUI优化工具的界面主要分为三大块： 左边为优化问题的描述及计算结果显示（Problem Setup and Results）； 中间为优化选项的设置（Options）； 右边为帮助（Quick Reference）。 为了界面的简洁，可