Особенности задач нелинейного программирования Нелинейное программирование занимается оптимизацией моделей задач, в которых либо ограничения qi(x) либо целевая функция Z(X) либо то и другое нелинейны.
Найти max(min)=Z=z(X)
в области
где R – отношение порядка (=, ≥, ≤), Ω– область допустимых решений; bi– константа, i=1,m;
X=(x1,…,xn)={xj}, j=1..n – план или вектор управления.
Для выяснения трудностей решения задач данного класса, порождаемых нелинейностью, сопоставим задачи линейного и нелинейного программирования. Можно указать три характерные особенности для каждого класса.
Задачи линейного программирования
Задачи нелинейного программирования
1. Область Ω допустимых планов – выпуклое множество с конечным числом угловых (крайних) точек.
1. Множество Ω допустимых планов может быть невыпуклым, несвязным, иметь бесконечное число крайних точек.
2. Экстремальное значение линейная целевая функция z(X) достигает в одной из крайних точек (на границе области Ω допустимых решений).
2. Экстремум может достигаться не только на границе, но и внутри области Ω допустимых решений.
3. Экстремальное значение z(X) целевой функции является и глобальным значением.
3. Целевая функция z(X) в области Ω может иметь несколько локальных экстремумов.
На рисунке приводится классификация задач и методов нелинейного программирования.
Рисунок - Классификация задач и методов нелинейного программирования
Большинство существующих методов в нелинейном программировании можно разделить на два больших класса:
Прямые методы - методы непосредственного решения исходной задачи. Прямые методы порождают последовательность точек – решений, удовлетворяющих ограничениям, обеспечивающим монотонное убывание целевой функции.
Недостаток: трудно получить свойство глобальной сходимости.
Задачи с ограничениями в виде равенств.
Метод замены переменных (МЗП)
Двойственные методы - методы, использующие понятие двойственности. В этом случае легко получить глобальную сходимость.
Недостаток: не дают решения исходной задачи в ходе решения – оно реализуемо лишь в конце итерационного процесса.
Метод множителей Лагранжа (ММЛ)
Методы штрафов
Метод множителей
Методы линеаризации для задач условной оптимизации
Алгоритм Франка–Вульфа
Метод допустимых направлений Зойтендейка