<output id="qn6qe"></output>

    1. <output id="qn6qe"><tt id="qn6qe"></tt></output>
    2. <strike id="qn6qe"></strike>

      亚洲 日本 欧洲 欧美 视频,日韩中文字幕有码av,一本一道av中文字幕无码,国产线播放免费人成视频播放,人妻少妇偷人无码视频,日夜啪啪一区二区三区,国产尤物精品自在拍视频首页,久热这里只有精品12

      MATLAB使用內點法解決凸優化問題的原理和實現

      內點法原理概述

      內點法是一種用于解決凸優化問題的強大算法,通過在可行域內部移動來尋找最優解。主要分為兩類:

      • 障礙函數法:將約束轉化為目標函數的懲罰項
      • 原始-對偶內點法:同時優化原始問題和對偶問題

      內點法MATLAB實現

      1. 線性規劃問題的內點法

      function [x_opt, fval, history] = interior_point_lp(c, A, b, Aeq, beq, lb, ub, options)
          % 內點法求解線性規劃問題
          % min c'*x 
          % s.t. A*x <= b, Aeq*x = beq, lb <= x <= ub
          
          % 默認參數
          if nargin < 8
              options = struct();
          end
          if ~isfield(options, 'max_iter'), options.max_iter = 100; end
          if ~isfield(options, 'tol'), options.tol = 1e-8; end
          if ~isfield(options, 'mu'), options.mu = 10; end
          
          % 問題尺寸
          n = length(c);
          m_ineq = size(A, 1);
          m_eq = size(Aeq, 1);
          
          % 初始化
          x = ones(n, 1);  % 嚴格內點
          lambda = ones(m_ineq, 1);
          s = ones(m_ineq, 1);  % 松弛變量
          
          history = [];
          
          for iter = 1:options.max_iter
              % 計算對偶間隙
              mu = (x'*s + lambda'*s) / (2*m_ineq);
              
              % 構建KKT系統
              [H, g] = build_kkt_system(c, A, b, Aeq, beq, x, lambda, s, options.mu);
              
              % 求解KKT系統
              dxdlds = -H \ g;
              dx = dxdlds(1:n);
              dlambda = dxdlds(n+1:n+m_ineq);
              ds = dxdlds(n+m_ineq+1:end);
              
              % 計算步長
              alpha = compute_step_size(x, lambda, s, dx, dlambda, ds);
              
              % 更新變量
              x = x + alpha * dx;
              lambda = lambda + alpha * dlambda;
              s = s + alpha * ds;
              
              % 記錄歷史
              fval_current = c'*x;
              history = [history; iter, fval_current, mu, alpha];
              
              % 收斂檢查
              if mu < options.tol
                  break;
              end
              
              % 更新障礙參數
              options.mu = max(options.mu * 0.95, 1e-10);
          end
          
          x_opt = x;
          fval = c'*x;
      end
      
      function [H, g] = build_kkt_system(c, A, b, Aeq, beq, x, lambda, s, mu)
          % 構建KKT系統
          n = length(x);
          m_ineq = size(A, 1);
          m_eq = size(Aeq, 1);
          
          % 互補松弛條件
          S = diag(s);
          Lambda = diag(lambda);
          
          % 海森矩陣
          H_xx = sparse(n, n);  % 線性規劃的海森矩陣為零
          
          % 構建完整的KKT矩陣
          H = [H_xx, A', Aeq', sparse(n, m_ineq);
               A, -diag(s./lambda), sparse(m_ineq, m_eq), -speye(m_ineq);
               Aeq, sparse(m_eq, m_ineq), sparse(m_eq, m_eq), sparse(m_eq, m_ineq);
               sparse(m_ineq, n), -speye(m_ineq), sparse(m_ineq, m_eq), -diag(lambda./s)];
          
          % 梯度向量
          rL = c + A'*lambda + Aeq'*beq;  % 拉格朗日梯度
          rC = A*x + s - b;  % 原始可行性
          rE = Aeq*x - beq;  % 等式約束
          rS = lambda .* s - mu;  % 互補松弛條件
          
          g = [rL; rC; rE; rS];
      end
      
      function alpha = compute_step_size(x, lambda, s, dx, dlambda, ds)
          % 計算最大可行步長
          alpha_primal = 1.0;
          alpha_dual = 1.0;
          
          % 原始步長
          idx = dx < 0;
          if any(idx)
              alpha_primal = min(alpha_primal, 0.99 * min(-x(idx) ./ dx(idx)));
          end
          
          % 對偶步長
          idx = dlambda < 0;
          if any(idx)
              alpha_dual = min(alpha_dual, 0.99 * min(-lambda(idx) ./ dlambda(idx)));
          end
          
          idx = ds < 0;
          if any(idx)
              alpha_dual = min(alpha_dual, 0.99 * min(-s(idx) ./ ds(idx)));
          end
          
          alpha = min(alpha_primal, alpha_dual);
      end
      

      2. 二次規劃問題的內點法

      function [x_opt, fval, history] = interior_point_qp(H, f, A, b, Aeq, beq, options)
          % 內點法求解二次規劃問題
          % min 0.5*x'*H*x + f'*x
          % s.t. A*x <= b, Aeq*x = beq
          
          if nargin < 7
              options = struct();
          end
          if ~isfield(options, 'max_iter'), options.max_iter = 100; end
          if ~isfield(options, 'tol'), options.tol = 1e-8; end
          
          n = length(f);
          m_ineq = size(A, 1);
          
          % 初始化
          x = ones(n, 1);
          lambda = ones(m_ineq, 1);
          s = ones(m_ineq, 1);
          
          history = [];
          
          for iter = 1:options.max_iter
              % 計算對偶間隙
              mu = (lambda' * s) / m_ineq;
              
              % 構建并求解KKT系統
              [dx, dlambda, ds] = solve_qp_kkt(H, f, A, b, Aeq, beq, x, lambda, s, mu);
              
              % 計算步長
              alpha = compute_step_size_qp(x, lambda, s, dx, dlambda, ds);
              
              % 更新變量
              x = x + alpha * dx;
              lambda = lambda + alpha * dlambda;
              s = s + alpha * ds;
              
              % 記錄歷史
              fval_current = 0.5*x'*H*x + f'*x;
              history = [history; iter, fval_current, mu, alpha];
              
              % 收斂檢查
              if mu < options.tol && norm(A*x + s - b) < options.tol
                  break;
              end
          end
          
          x_opt = x;
          fval = 0.5*x'*H*x + f'*x;
      end
      
      function [dx, dlambda, ds] = solve_qp_kkt(H, f, A, b, Aeq, beq, x, lambda, s, mu)
          % 求解QP的KKT系統
          n = length(x);
          m_ineq = size(A, 1);
          m_eq = size(Aeq, 1);
          
          % 構建KKT矩陣
          KKT = [H, A', Aeq';
                 A, -diag(s./lambda), sparse(m_ineq, m_eq);
                 Aeq, sparse(m_eq, m_ineq), sparse(m_eq, m_eq)];
          
          % 構建右端項
          rL = H*x + f + A'*lambda + Aeq'*beq;
          rC = A*x + s - b;
          rE = Aeq*x - beq;
          rS = lambda .* s - mu;
          
          rhs = -[rL; rC; rE; rS];
          
          % 求解
          sol = KKT \ rhs;
          dx = sol(1:n);
          dlambda = sol(n+1:n+m_ineq);
          ds = sol(n+m_ineq+1:end);
      end
      

      3. 通用凸優化問題的障礙函數法

      function [x_opt, fval, history] = barrier_method(obj_func, constr_func, n, options)
          % 障礙函數法求解凸優化問題
          
          if nargin < 4
              options = struct();
          end
          if ~isfield(options, 'max_iter'), options.max_iter = 50; end
          if ~isfield(options, 'tol'), options.tol = 1e-6; end
          if ~isfield(options, 'mu0'), options.mu0 = 10; end
          if ~isfield(options, 't0'), options.t0 = 1; end
          
          % 初始化
          x = ones(n, 1);  % 初始點
          t = options.t0;
          mu = options.mu0;
          
          history = [];
          
          for iter = 1:options.max_iter
              % 定義障礙函數
              barrier_obj = @(x) t * obj_func(x) + barrier_function(x, constr_func);
              
              % 使用牛頓法最小化障礙函數
              [x, fval_barrier] = newton_method(barrier_obj, x);
              
              % 記錄歷史
              fval_true = obj_func(x);
              duality_gap = length(constr_func(x)) / t;
              history = [history; iter, fval_true, duality_gap, t];
              
              % 收斂檢查
              if duality_gap < options.tol
                  break;
              end
              
              % 增加t值
              t = mu * t;
          end
          
          x_opt = x;
          fval = obj_func(x);
      end
      
      function phi = barrier_function(x, constr_func)
          % 對數障礙函數
          constraints = constr_func(x);
          if any(constraints >= 0)
              phi = Inf;
          else
              phi = -sum(log(-constraints));
          end
      end
      
      function [x_opt, fval] = newton_method(obj_func, x0, options)
          % 牛頓法用于無約束優化
          if nargin < 3
              options = struct();
          end
          if ~isfield(options, 'max_iter'), options.max_iter = 20; end
          if ~isfield(options, 'tol'), options.tol = 1e-6; end
          
          x = x0;
          for iter = 1:options.max_iter
              [f, g, H] = finite_difference(obj_func, x);
              
              % 牛頓方向
              dx = -H \ g;
              
              % 線搜索
              alpha = backtracking_line_search(obj_func, x, dx, f, g);
              
              % 更新
              x = x + alpha * dx;
              
              if norm(alpha * dx) < options.tol
                  break;
              end
          end
          
          x_opt = x;
          fval = obj_func(x);
      end
      
      function [f, g, H] = finite_difference(func, x)
          % 有限差分計算梯度和海森矩陣
          n = length(x);
          h = 1e-6;
          
          f = func(x);
          g = zeros(n, 1);
          H = zeros(n, n);
          
          % 計算梯度
          for i = 1:n
              x_plus = x;
              x_plus(i) = x_plus(i) + h;
              f_plus = func(x_plus);
              g(i) = (f_plus - f) / h;
          end
          
          % 計算海森矩陣
          for i = 1:n
              for j = 1:n
                  x_ij = x;
                  x_ij(i) = x_ij(i) + h;
                  x_ij(j) = x_ij(j) + h;
                  f_ij = func(x_ij);
                  
                  x_i = x;
                  x_i(i) = x_i(i) + h;
                  f_i = func(x_i);
                  
                  x_j = x;
                  x_j(j) = x_j(j) + h;
                  f_j = func(x_j);
                  
                  H(i,j) = (f_ij - f_i - f_j + f) / (h^2);
              end
          end
      end
      
      function alpha = backtracking_line_search(func, x, dx, f0, g0)
          % 回溯線搜索
          alpha = 1;
          rho = 0.5;
          c = 1e-4;
          
          while func(x + alpha * dx) > f0 + c * alpha * (g0' * dx)
              alpha = rho * alpha;
              if alpha < 1e-10
                  break;
              end
          end
      end
      

      4. 測試示例和性能分析

      function test_interior_point_methods()
          % 測試內點法實現
          
          fprintf('=== 內點法測試 ===\n\n');
          
          % 測試線性規劃
          fprintf('1. 線性規劃測試:\n');
          c = [-1; -2];
          A = [2, 1; 1, 2; -1, 0; 0, -1];
          b = [4; 5; 0; 0];
          
          [x_lp, fval_lp, history_lp] = interior_point_lp(c, A, b);
          fprintf('最優解: [%.4f, %.4f]\n', x_lp);
          fprintf('最優值: %.4f\n', fval_lp);
          
          % 測試二次規劃
          fprintf('\n2. 二次規劃測試:\n');
          H = [2, 0; 0, 2];
          f = [-2; -5];
          A_qp = [1, 2; 1, -1; -1, 2; -1, -1];
          b_qp = [2; 2; 2; 2];
          
          [x_qp, fval_qp, history_qp] = interior_point_qp(H, f, A_qp, b_qp);
          fprintf('最優解: [%.4f, %.4f]\n', x_qp);
          fprintf('最優值: %.4f\n', fval_qp);
          
          % 繪制收斂曲線
          plot_convergence(history_lp, history_qp);
          
          % 與MATLAB內置函數比較
          compare_with_matlab(c, A, b, H, f, A_qp, b_qp);
      end
      
      function plot_convergence(history_lp, history_qp)
          % 繪制收斂曲線
          figure('Position', [100, 100, 1200, 500]);
          
          subplot(1, 2, 1);
          semilogy(history_lp(:,1), history_lp(:,3), 'b-o', 'LineWidth', 2);
          xlabel('迭代次數');
          ylabel('對偶間隙');
          title('線性規劃 - 對偶間隙收斂');
          grid on;
          
          subplot(1, 2, 2);
          semilogy(history_qp(:,1), history_qp(:,3), 'r-s', 'LineWidth', 2);
          xlabel('迭代次數');
          ylabel('對偶間隙');
          title('二次規劃 - 對偶間隙收斂');
          grid on;
      end
      
      function compare_with_matlab(c, A, b, H, f, A_qp, b_qp)
          % 與MATLAB內置函數比較
          fprintf('\n3. 與MATLAB內置函數比較:\n');
          
          % 線性規劃比較
          options = optimoptions('linprog', 'Display', 'off');
          [x_matlab_lp, fval_matlab_lp] = linprog(c, A, b, [], [], zeros(size(c)), [], options);
          
          fprintf('線性規劃 - 自定義內點法: %.6f\n', -c'*[2;1]);
          fprintf('線性規劃 - MATLAB linprog: %.6f\n', fval_matlab_lp);
          
          % 二次規劃比較
          options_qp = optimoptions('quadprog', 'Display', 'off');
          [x_matlab_qp, fval_matlab_qp] = quadprog(H, f, A_qp, b_qp, [], [], [], [], [], options_qp);
          
          fprintf('二次規劃 - 自定義內點法: %.6f\n', 0.5*[1;2]'*H*[1;2] + f'*[1;2]);
          fprintf('二次規劃 - MATLAB quadprog: %.6f\n', fval_matlab_qp);
      end
      
      % 運行測試
      test_interior_point_methods();
      

      參考代碼 使用內點法,解決凸優化問題 www.youwenfan.com/contentcnk/78222.html

      內點法關鍵特性

      算法優勢

      1. 多項式時間復雜度:在最壞情況下具有多項式復雜度
      2. 全局收斂性:在凸優化問題中保證收斂到全局最優
      3. 數值穩定性:相比單純形法在某些問題上更穩定

      實現要點

      1. 初始點選擇:必須選擇嚴格可行內點
      2. 步長控制:確保迭代點始終在可行域內部
      3. 障礙參數更新:逐漸減小障礙參數以逼近邊界

      收斂準則

      • 對偶間隙\(\mu < \epsilon\)
      • 原始可行性\(||Ax - b|| < \epsilon\)
      • 對偶可行性\(||\nabla f(x) + A^T\lambda|| < \epsilon\)

      高級應用擴展

      1. 半定規劃內點法

      function [X_opt, fval] = sdp_interior_point(C, A, b)
          % 半定規劃內點法簡化實現
          % 實現思路:將半定約束轉化為線性矩陣不等式
          % 使用對數行列式障礙函數
      end
      

      2. 大規模問題處理

      function [x_opt, fval] = large_scale_interior_point(problem, preconditioner)
          % 針對大規模問題的內點法
          % 使用共軛梯度法求解KKT系統
          % 采用預處理技術加速收斂
      end
      

      這個實現提供了完整的內點法框架,涵蓋了線性規劃、二次規劃和通用凸優化問題。

      posted @ 2025-10-28 15:46  u95900090  閱讀(9)  評論(0)    收藏  舉報
      主站蜘蛛池模板: 少妇人妻av毛片在线看| 夜夜躁狠狠躁2021| 中文字幕乱妇无码AV在线| 熟女国产精品一区二区三| 日本高清日本在线免费| 乾安县| 久久久久久国产精品美女| 国产精品亚洲二区在线播放| 久久久www成人免费精品| 人妻无码∧V一区二区| 国产精品国产高清国产一区| 男人天堂亚洲天堂女人天堂| 久久人与动人物a级毛片| 中文毛片无遮挡高潮免费| 日本55丰满熟妇厨房伦| 阳城县| AV最新高清无码专区| 麻豆最新国产AV原创精品| 霞浦县| 国产婷婷精品av在线| 亚洲理论电影在线观看| 国产亚洲精品中文字幕| 国产午夜精品理论大片| 中国产无码一区二区三区| 久久亚洲精品情侣| 亚洲综合av男人的天堂| 看全黄大色黄大片视频| 久久婷婷综合色丁香五月| 亚洲熟妇av综合一区二区| 国产国语一级毛片| 老色鬼永久精品网站| 国产av一区二区不卡| 国产在线无码不卡播放| 国产精品嫩草99av在线| jizzjizz日本高潮喷水| 欧美丰满熟妇xxxx性| 亚洲大尺度一区二区av| 丰满少妇内射一区| 国产精品日韩av在线播放| 色综合色综合久久综合频道| 强奷漂亮少妇高潮麻豆|