matlab全局优化与局部优化

如题所述

第1个回答  2022-06-29

在实际的工作和生活过程中,优化问题无处不在,比如资源如何分配效益最高,拟合问题,最小最大值问题等等。优化问题一般分为局部最优和全局最优,局部最优,就是在函数值空间的一个有限区域内寻找最小值;而全局最优,是在函数值空间整个区域寻找最小值问题。

matlab中的提供的传统优化工具箱(Optimization Tool),能实现局部最优,但要得全局最优,则要用全局最优化算法(Global Optimization Tool),主要包括:
GlobalSearch 全局搜索和 MultiStart 多起点方法产生若干起始点,然后它们用局部求解器去找到起始点吸引盆处的最优点。

ga 遗传算法用一组起始点(称为种群),通过迭代从种群中产生更好的点,只要初始种群覆盖几个盆,GA就能检查几个盆。

simulannealbnd 模拟退火完成一个随机搜索,通常,模拟退火算法接受一个点,只要这个点比前面那个好,它也偶而接受一个比较糟的点,目的是转向不同的盆。

patternsearch 模式搜索算法在接受一个点之前要看看其附近的一组点。假如附近的某些点属于不同的盆,模式搜索算法本质上时同时搜索若干个盆。

下面我就一些具体例子,来说明各种优化方法:

可以看出,初值x0不同,得到的结果截然不同,这说明这种求解器,能寻找局部最优,但不一定是全局最优,在起点为8时,取得全局最优。
我们换一种求解器:fminbound,这种求解器不需要给点初值。

因此全局最优的方法能够获取全局最优。

结果:最小二乘拟合结果误差较大

可以看出全局优化结果较好,误差较小。
这种算法的运行时间:Elapsed time is 6.139324 seconds.
使用并行计算的方式解决

结果:14 out of 100 local solver runs converged with a positive local solver exit flag.
Elapsed time is 4.358762 seconds.Sending a stop signal to all the labs ... stopped.可以看出,运行时间减少,提高了效率。

这种方法只能寻找局部最优。
现在用全局优化算法: