机械优化设计实验.doc

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1、§1 综合性编程的上机实验一实验目的  无约束坐标轮换优化方法调用一维最优化方法，一维最优化方法（0.618法）又调用区间搜索法(进退法)，综合性编制程序的上机实验。二实验内容1、搜索区间的确定与区间消去法（进退法）原理（1）  方法概要  有了目标函数，确定了搜索方向，假设函数f（a）具有单谷性，确定极小点a*所在的区间[ab]：①在搜索方向上，选定初始点a1，初始点步长h0=0.01（经验，可调整），前进一步得a2点。②求出a1、a2对应的函数值y1、y2，比较对应点函数值，确定前进或后退。 （2）程序框图：3、一维搜索黄金分割法（0.6

2、18法）（1）基本思想前提：已通过进退法确定了符合函数值高低高规律的搜索区间[a，b]即，函数的极小点必在[a，b]内。所以要调用搜索区间的进退法（2）程序框图①　初始区间[a，b]，由进退法确定。    　　收敛精度ε(ε=10-4~10-5),     　　缩短率λ=0.618 　　②　计算a1、a2，f(a1)、f(a2)，③　根据区间消去法原理缩短区间,进行区间名称的代换，并保留区间中计算的一个新试验点及函数值。④　检查区间是否短到足够小和函数值收敛到足够近。若条件不满足，则返回到②⑤若条件满足，则取最后两个试验点的平均值作为极小点数

3、值的近似解。4、多维无约束坐标轮换法（1）基本思想   把多维问题转化为一系列一维搜索问题。沿设计变量的各个分量形成的坐标轴依次进行一维搜索（固定其它分量，仅对一个分量优选，轮番搜索），即调用一维最优化方法（0.618法），而一维最优化方法（0.618法）又调用区间搜索法(进退法)。重复进行，直至找出满足精度的极小点。（2）  程序框图（3）具体要求①  注意数组的应用，便于设计过程中沿各坐标轴迭代时的数据处理； ②注意子程序和子函数的调用，简化设计过程，便于数据的计算机处理；③设计结果在界面上显示，并进行数据分析。④写出上机实验报告§2有约

4、束优化方法应用编制程序的上机实验一、实验目的   使学生能用有约束优化设计方法解决简单工程问题的优化设计，对所设计的问题建立数学模型，并确定设计变量、目标函数和约束条件；调用有约束问题的最优化方法（惩罚函数法）编制程序，进而在计算机上求解并对优化的计算结果进行正确的分析和处理。二、实验内容1、对简单工程问题的优化设计问题建立数学模型问题由老师指定；2、惩罚函数法惩罚函数法是一种使用很广泛、很有效的间接解法。它的基本原理是将约束优化问题中的不等式和等式约束函数经过加权转化后，和原来目标函数结合，形成新的目标函数——惩罚函数  求解该目标函数的无

5、约束极小值，以期得到原问题的约束最优解。为此，按一定的法则，改变加权因子γ1和γ2的值，构成一系列的无约束优化问题，求得一系列的无约束最优解，并不断地逼近原约束优化问题的最优解。∴惩罚函数法又称序列无约束极小化方法。3、内点法计算步骤①选取可行的初始点x0，惩罚因子的初值r0，惩罚因子的缩减系数c 及收敛精度ε1、ε2  ；令迭代次数k=0；②构造惩罚函数φ（x，γ），选择适当的无约束优化方法，求φ（x，γ）的无约束极值，得X*（γ）点；                                        ③用收敛条件判别式判别是否

6、收敛，满足，迭代终止；否则，令C=0.1~0.7， 转②。框图如下：4、具体要求①软件界面设计，编制菜单调用设计命令。界面是整个软件的入口，应按照基本设计要求，设计出人机友好的界面，并具备健壮性；②注意数组的应用，便于设计过程中沿各坐标轴迭代时的数据处理；③注意子程序和子函数的调用，简化设计过程，便于数据的计算机处理；④设计结果在界面上显示，并进行数据分析。⑤写出上机实验报告5、示例  通过本综合性实验的实际训练，学生能够更好地掌握本课程讲述的基本理论知识，增强构建本专业相关领域中计算机实践应用的能力。