求高手相助!MATLAB无约束优化问题!

问题描述:广义切比雪夫函数,f(w)=-10*log10(1+e^2*Ck.^2),其中,e为已知常数:e=1/sqrt(10^2-1)
Ck=cosh(acosh(x1)+acosh(x2)+2*acosh(w)),x1=(w-1/a)./(1-w/a),x2=(w-1/b)./(1-w/b)
也就是说a和b是给函数加上的2个极值点,w的范围:[0,6],a和b在1.4和6之间取值,1.4<a<b<6
目标:
求得任意2个a和b的组合下,函数f(w)在区间[a,6]上的最小值
这是其中一种a和b组合下的图像:
看来你对优化还比较在行,就找你了。
我把问题再简化一下:1)f(w)=10*log10(1+e^2*Ck.^2),把负号去掉。
2)先把a固定住,比如:a=1.301,比端点1.3稍大一点,先求b右面的函数最小值
等于40的点对应的b值。
3)此时,再固定住b点,让a变化,求[a,b]之间函数的最小值等于40的点对应
的a值。
4)实际上,就是找到[a,b]间的函数最小值和[b,6]间的函数最小值,且2个最小值
都要大于40
5)加上3个极值点的情况:f(w)=10*log10(1+e^2*Ck.^2)
Ck=cosh(acosh(x1)+acosh(x2)+acosh(x3)+2*acosh(w)),x1=(w-1/a)./(1-w/a),x2=(w-1/b)./(1-w/b),x3=(w-1/c)./(1-w/c)

题主给的图像是反的吧(差了个负号)?
因为有这个符号错误,不能不确认一下:到底求最大值还是最小值?
需要注意:对于w=a或w=b两处极值点,函数值为无穷大或非数(NaN),无法求最小值(对应题主画的图而言是最大值)。
另外,这并不是无约束优化问题,不是还有约束条件【1.4<a<b<6】吗?追问

谢谢!图像是反了,加负号表示衰减,求最小值即可
不加负号表示抑制,求最大值。

追答

我的想法不一定正确,提出来供参考:

1、就整个优化问题而言,是应该把a和b当成变量的,而对于优化过程的每一次迭代而言,a和b就是常数,此时是以w为变量来求最大(或最小)值。

2、我有点晕。。。有负号的情况下,w=a和w=b处有两个负无穷的极小值,这种情况怎么求最小值?能不能就具体的例子在图中标一下,你所说的【函数f(w)在区间[a,6]上的最小值】到底是指哪个点?

3、足够函数还有【极值点变为3个以上】的情况吗?我对这个函数不熟悉,究竟存在什么样的可能我还真不清楚。

追问

字数限制,我把问题描述放到问题补充里了,谢谢!

追答

也许是我的理解能力有问题,不过,总体感觉你的描述好像还是有点乱。

1、之前说的是【a和b在1.4和6之间取值】,现在又说【a=1.301,比端点1.3稍大一点】,虽然这只是一个数而已,本质上可能也没有太大区别,但前后不一很容易造成困惑。

2、总结你补充的第2~4步,大致过程是:先固定a,求b,使得w在[b,6]区间的函数最小值于40;再固定b,求a,使得w在[a,b]区间的函数最小值等于40。我的疑问是,后面的一步,在a变化时,能保证[b,6]间的函数最小值大于或等于40吗?

3、既然是优化问题,应该有目标函数吧?我没看明白,这个问题的目标函数是什么?现在我所理解的,只是要确定a和b,使得【[a,b]间的函数最小值和[b,6]间的函数最小值都要大于40】?如果有满足这个条件的a、b(也就是说存在可行解),相信应该不会是唯一的值,那么,根据什么规则再进一步确定最优解呢?

4、之前所说的3个极值点,原来是额外又增加了一个极值点c。不过,好像和现在的这个问题没有太大直接关系吧?

追问

你说得很对,就是没有目标函数,我是在验证别人的算法
其实,我认为既然没有目标函数,那就只能靠优化了:如果能够找到
一组a和b的组合,满足[a,b]间的最小值和[b,6]间的最小值同时等于40
那问题应该就解决了,但我不确定的是:这样的a和b的组合是不是唯一的?
另外,经验证明:b固定时,移动a只会使右面的最小值变大,不会变小。

追答

优化必需有目标函数才行,如果问题本身没直接给目标函数,那就应该根据需要自己定义一个。例如,你要求的是【[a,b]间的最小值和[b,6]间的最小值同时等于40】,那就不妨把这两个区间最小值求出来,然后以这两个最小值与40之差的平方和为目标函数。当然,如果你的本意并非如此,那也应该根据实际情况修改目标函数。

 

受字数限制,把我写的优化代码作为附件上传。

 

这样得到的一组解为 a=1.5335,b=2.1904。至于这样的组合是不是唯一的,那就很难说了,愿意的话可以多尝试几种初值,或者改用其它优化算法看看能不能得到其它的解。

 

优化过程如下图所示(红线代表a,绿线代表b):

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考