一、背景:
现在项目上有一个用python 实现非线性规划的需求。非线性规划可以简单分两种,目标函数为凸函数 or 非凸函数。
凸函数的 非线性规划,比如fun=x^2+y^2+x*y,有很多常用的python库来完成,网上也有很多资料,比如CVXPY
非凸函数的 非线性规划(求极值),从处理方法来说,可以尝试以下几种:
1.纯数学方法,求导求极值;
2.使用神经网络,深度学习来处理,可参考反向传播算法中链式求导的过程;
3.寻找一些python库来做,本文介绍scipy.optimize.minimize的使用方法
二、库方法介绍
官方文档:https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.optimize.minimize.html
来看下改方法的入参
scipy.optimize.minimize(fun, x0, args=(), method=None, jac=None, hess=None, hessp=None, bounds=None, constraints=(), tol=None, callback=None, options=None)
解释:
fun: 求最小值的目标函数
x0:变量的初始猜测值,如果有多个变量,需要给每个变量一个初始猜测值。minimize是局部最优的解法,所以
args:常数值,后面demo会讲解,fun中没有数字,都以变量的形式表示,对于常数项,需要在这里给值
method:求极值的方法,官方文档给了很多种。一般使用默认。每种方法我理解是计算误差,反向传播的方式不同而已,这块有很大理论研究空间
constraints:约束条件,针对fun中为参数的部分进行约束限制
三、demo
1.计算 1/x+x 的最小值
# coding=utf-8 from scipy.optimize import minimize import numpy as np #demo 1 #计算 1/x+x 的最小值 def fun(args): a=args v=lambda x:a/x[0] +x[0] return v if __name__ == "__main__": args = (1) #a x0 = np.asarray((2)) # 初始猜测值 res = minimize(fun(args), x0, method='SLSQP') print(res.fun) print(res.success) print(res.x)
执行结果:函数的最小值为2点多,可以看出minimize求的局部最优
2.计算 (2+x1)/(1+x2) - 3*x1+4*x3 的最小值 x1,x2,x3的范围都在0.1到0.9 之间
# coding=utf-8 from scipy.optimize import minimize import numpy as np # demo 2 #计算 (2+x1)/(1+x2) - 3*x1+4*x3 的最小值 x1,x2,x3的范围都在0.1到0.9 之间 def fun(args): a,b,c,d=args v=lambda x: (a+x[0])/(b+x[1]) -c*x[0]+d*x[2] return v def con(args): # 约束条件 分为eq 和ineq #eq表示 函数结果等于0 ; ineq 表示 表达式大于等于0 x1min, x1max, x2min, x2max,x3min,x3max = args cons = ({'type': 'ineq', 'fun': lambda x: x[0] - x1min}, {'type': 'ineq', 'fun': lambda x: -x[0] + x1max}, {'type': 'ineq', 'fun': lambda x: x[1] - x2min}, {'type': 'ineq', 'fun': lambda x: -x[1] + x2max}, {'type': 'ineq', 'fun': lambda x: x[2] - x3min}, {'type': 'ineq', 'fun': lambda x: -x[2] + x3max}) return cons if __name__ == "__main__": #定义常量值 args = (2,1,3,4) #a,b,c,d #设置参数范围/约束条件 args1 = (0.1,0.9,0.1, 0.9,0.1,0.9) #x1min, x1max, x2min, x2max cons = con(args1) #设置初始猜测值 x0 = np.asarray((0.5,0.5,0.5)) res = minimize(fun(args), x0, method='SLSQP',constraints=cons) print(res.fun) print(res.success) print(res.x)
执行结果:
对于这种简单的函数,可以看出局部最优的求解和真实最优解相差不大,对于复杂的函数,x0的初始值设置,会很大程度影响最优解的结果。
ADD:
全局最优的函数: scipy.optimize.basinhopping
有一个缺点是无法设置约束,求全局的最优解的函数
https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.optimize.basinhopping.html
以上这篇python 非线性规划方式(scipy.optimize.minimize)就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持。
python,非线性规划
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?
更新日志
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