共轭梯度法是介于最速下降法与牛顿法之间的一个方法,它仅需利用一阶导数信息,但克服了最速下降法收敛慢的缺点,又避免了牛顿法需要存储和计算Hesse矩阵并求逆的缺点,共轭梯度法不仅是解决大型线性方程组最有用的方法之一,也是解大型非线性最优化最有效的算法之一。 在各种优化算法中,共轭梯度法是非常重要的一种。其优点是所需存储量小,具有步收敛性,稳定性高,而且不需要任何外来参数。
算法步骤:
import random import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt def goldsteinsearch(f,df,d,x,alpham,rho,t): ''' 线性搜索子函数 数f,导数df,当前迭代点x和当前搜索方向d,t试探系数>1, ''' flag = 0 a = 0 b = alpham fk = f(x) gk = df(x) phi0 = fk dphi0 = np.dot(gk, d) alpha=b*random.uniform(0,1) while(flag==0): newfk = f(x + alpha * d) phi = newfk # print(phi,phi0,rho,alpha ,dphi0) if (phi - phi0 )<= (rho * alpha * dphi0): if (phi - phi0) >= ((1 - rho) * alpha * dphi0): flag = 1 else: a = alpha b = b if (b < alpham): alpha = (a + b) / 2 else: alpha = t * alpha else: a = a b = alpha alpha = (a + b) / 2 return alpha def Wolfesearch(f,df,d,x,alpham,rho,t): ''' 线性搜索子函数 数f,导数df,当前迭代点x和当前搜索方向d σ∈(ρ,1)=0.75 ''' sigma=0.75 flag = 0 a = 0 b = alpham fk = f(x) gk = df(x) phi0 = fk dphi0 = np.dot(gk, d) alpha=b*random.uniform(0,1) while(flag==0): newfk = f(x + alpha * d) phi = newfk # print(phi,phi0,rho,alpha ,dphi0) if (phi - phi0 )<= (rho * alpha * dphi0): # if abs(np.dot(df(x + alpha * d),d))<=-sigma*dphi0: if (phi - phi0) >= ((1 - rho) * alpha * dphi0): flag = 1 else: a = alpha b = b if (b < alpham): alpha = (a + b) / 2 else: alpha = t * alpha else: a = a b = alpha alpha = (a + b) / 2 return alpha def frcg(fun,gfun,x0): # x0是初始点,fun和gfun分别是目标函数和梯度 # x,val分别是近似最优点和最优值,k是迭代次数 # dk是搜索方向,gk是梯度方向 # epsilon是预设精度,np.linalg.norm(gk)求取向量的二范数 maxk = 5000 rho = 0.6 sigma = 0.4 k = 0 epsilon = 1e-5 n = np.shape(x0)[0] itern = 0 W = np.zeros((2, 20000)) f = open("共轭.txt", 'w') while k < maxk: W[:, k] = x0 gk = gfun(x0) itern += 1 itern %= n if itern == 1: dk = -gk else: beta = 1.0 * np.dot(gk, gk) / np.dot(g0, g0) dk = -gk + beta * d0 gd = np.dot(gk, dk) if gd >= 0.0: dk = -gk if np.linalg.norm(gk) < epsilon: break alpha=goldsteinsearch(fun,gfun,dk,x0,1,0.1,2) # alpha=Wolfesearch(fun,gfun,dk,x0,1,0.1,2) x0+=alpha*dk f.write(str(k)+' '+str(np.linalg.norm(gk))+"\n") print(k,alpha) g0 = gk d0 = dk k += 1 W = W[:, 0:k+1] # 记录迭代点 return [x0, fun(x0), k,W] def fun(x): return 100 * (x[1] - x[0] ** 2) ** 2 + (1 - x[0]) ** 2 def gfun(x): return np.array([-400 * x[0] * (x[1] - x[0] ** 2) - 2 * (1 - x[0]), 200 * (x[1] - x[0] ** 2)]) if __name__=="__main__": X1 = np.arange(-1.5, 1.5 + 0.05, 0.05) X2 = np.arange(-3.5, 4 + 0.05, 0.05) [x1, x2] = np.meshgrid(X1, X2) f = 100 * (x2 - x1 ** 2) ** 2 + (1 - x1) ** 2 # 给定的函数 plt.contour(x1, x2, f, 20) # 画出函数的20条轮廓线 x0 = np.array([-1.2, 1]) x=frcg(fun,gfun,x0) print(x[0],x[2]) # [1.00318532 1.00639618] W=x[3] # print(W[:, :]) plt.plot(W[0, :], W[1, :], 'g*-') # 画出迭代点收敛的轨迹 plt.show()
代码中求最优步长用得是goldsteinsearch方法,另外的Wolfesearch是试验的部分,在本段程序中不起作用。
迭代轨迹:
三种最优化方法的迭代次数对比:
最优化方法
最速下降法
共轭梯度法
牛顿法
迭代次数
1702
240
5
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持。
标签:
python,共轭梯度法
免责声明:本站文章均来自网站采集或用户投稿,网站不提供任何软件下载或自行开发的软件!
如有用户或公司发现本站内容信息存在侵权行为,请邮件告知! 858582#qq.com
暂无“python实现共轭梯度法”评论...
稳了!魔兽国服回归的3条重磅消息!官宣时间再确认!
昨天有一位朋友在大神群里分享,自己亚服账号被封号之后居然弹出了国服的封号信息对话框。
这里面让他访问的是一个国服的战网网址,com.cn和后面的zh都非常明白地表明这就是国服战网。
而他在复制这个网址并且进行登录之后,确实是网易的网址,也就是我们熟悉的停服之后国服发布的暴雪游戏产品运营到期开放退款的说明。这是一件比较奇怪的事情,因为以前都没有出现这样的情况,现在突然提示跳转到国服战网的网址,是不是说明了简体中文客户端已经开始进行更新了呢?
更新动态
2024年11月26日
2024年11月26日
- 凤飞飞《我们的主题曲》飞跃制作[正版原抓WAV+CUE]
- 刘嘉亮《亮情歌2》[WAV+CUE][1G]
- 红馆40·谭咏麟《歌者恋歌浓情30年演唱会》3CD[低速原抓WAV+CUE][1.8G]
- 刘纬武《睡眠宝宝竖琴童谣 吉卜力工作室 白噪音安抚》[320K/MP3][193.25MB]
- 【轻音乐】曼托凡尼乐团《精选辑》2CD.1998[FLAC+CUE整轨]
- 邝美云《心中有爱》1989年香港DMIJP版1MTO东芝首版[WAV+CUE]
- 群星《情叹-发烧女声DSD》天籁女声发烧碟[WAV+CUE]
- 刘纬武《睡眠宝宝竖琴童谣 吉卜力工作室 白噪音安抚》[FLAC/分轨][748.03MB]
- 理想混蛋《Origin Sessions》[320K/MP3][37.47MB]
- 公馆青少年《我其实一点都不酷》[320K/MP3][78.78MB]
- 群星《情叹-发烧男声DSD》最值得珍藏的完美男声[WAV+CUE]
- 群星《国韵飘香·贵妃醉酒HQCD黑胶王》2CD[WAV]
- 卫兰《DAUGHTER》【低速原抓WAV+CUE】
- 公馆青少年《我其实一点都不酷》[FLAC/分轨][398.22MB]
- ZWEI《迟暮的花 (Explicit)》[320K/MP3][57.16MB]