約束最優(yōu)化問題

約束最優(yōu)化問題就是求目標函數(shù)

約束最優(yōu)化問題的解法有兩種：

約束最優(yōu)化問題化約束最優(yōu)化問題為無約束最優(yōu)化問題

例1 最大面積 設長方形的長、寬之和等于

解: 這就是一個約束最優(yōu)化問題：設長方形的長為x，寬為y，求目標函數(shù)A=xy在條件x y=a之下的最大值。

由于從約束條件x y=a中容易解出y=a-x，代入目標函數(shù)

由

從上述例子可以看出化約束最優(yōu)化問題為無約束最優(yōu)化問題的思路：從約束條件

但是，這種方法有局限性，因為有時從約束條件

約束最優(yōu)化問題拉格朗日乘數(shù)法

這一方法的思路是：把求約束最優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為求無約束最優(yōu)化問題，看它應該滿足什么樣的條件"para" label-module="para">

設

為了便于記憶，并能容易地寫出方程組(1)，我們構(gòu)造一個函數(shù)

于是，我們把用拉格朗日乘數(shù)法求解約束最優(yōu)化問題的步驟歸納如下：

①構(gòu)造拉格朗日函數(shù)

②解方程組

③根據(jù)實際問題的性質(zhì)，在可能極值點處求極值 。2100433B

約束最優(yōu)化問題(constrained optimization problem)是指具有約束條件的非線性規(guī)劃問題。極小化問題的一般形式為

工程設計中最優(yōu)化問題（optimization problem）的一般提法是要選擇一組參數(shù)（變量），在滿足一系列有關(guān)的限制條件（約束）下，使設計指標（目標）達到最優(yōu)值。因此，最優(yōu)化問題通?？梢员硎緸橐韵碌臄?shù)學規(guī)劃形式的問題。

對于一組可用列向量

因此，進行工程優(yōu)化設計時，應將工程設計問題用上述形式表示成數(shù)學問題，再用最優(yōu)化的方法求解。這項工作就是建立優(yōu)化設計的數(shù)學模型。

簡介

進化算法是一種智能的全局優(yōu)化方法，它對函數(shù)本身性質(zhì)要求非常低，往往只要求目標函數(shù)值是可以計算的，不要求它具有連續(xù)性、可微性及其它解析性質(zhì)，同時它又是基于群體進化的算法，因此可采用進化算法解決約束優(yōu)化問題。用進化算法解決約束優(yōu)化問題的關(guān)鍵在于如何進行有效的約束處理，即如何有效均衡在可行區(qū)域與不可行區(qū)域的搜索。

常見的用于求解約束優(yōu)化問題的進化算法有罰函數(shù)法、遺傳算法、進化策略、進化規(guī)劃、蟻群算法和粒子群算法等。

與傳統(tǒng)方法相比的優(yōu)勢

(1) 在一般情況下，進化算法能否收斂到全局最優(yōu)解與初始群體無關(guān)，而傳統(tǒng)優(yōu)化方法則依賴于初始解；

(2) 進化算法具有全局搜索能力，而很多傳統(tǒng)優(yōu)化方法往往會陷入局部最優(yōu)；

(3) 進化算法的適用范圍廣，能有效地解決不同類型的問題，而傳統(tǒng)優(yōu)化方法在設計時往往就只能解訣某一類型的問題。

存在的不足

(1) 進化算法中的參數(shù)，如群體規(guī)模、進化代數(shù)、重組概率、變異概率等，往往需要根據(jù)經(jīng)驗設定，且在一定程度上與問題相關(guān)；

(2) 進化算法的收斂問題，進化算法求解實際問題時的收斂性判定缺乏理論指導。 2100433B

不失一般性，約束優(yōu)化問題可以描述為如下形式：

其中 x 是決策變量，f( x )是目標函數(shù)，

若對某一

當f(x)為線性函數(shù)時稱為線性規(guī)劃問題，反之如果是非線性則為非線性規(guī)劃問題。當約束問題包含一個目標函數(shù)時，稱為單目標約束優(yōu)化問題；當約束問題包含多個目標函數(shù)時，稱為多目標約束優(yōu)化問題。