Matlab求解最值(极值)的方法与实例

1、求简单函数的单一最值(极值)

clear
clc

t= -100:0.001:100;  % 初值: 增量:  终 值

syms x;
y = x/(x * x + 1);
f = inline(y);      % 内联函数

max = max(f(t))
min = min(f(t))

内联函数


这里有必要介绍下内联函数,c++也有,应该说好多编程语言都有。

在matlab命令窗口、程序或函数中创建局部函数时,可用inline。优点是不必将其储存为一个单独文件。

在运用中有几点限制:不能调用另一个inline函数,只能由一个matlab表达式组成,并且只能返回一个变量—显然不允许[u,v]这种形式。

因而,任何要求逻辑运算或乘法运算以求得最终结果的场合,都不能应用inline。

除了这些限制,在许多情况下使用该函数非常方便。

Inline函数的一般形式为:

FunctionName=inline(‘任何有效的matlab表达式’, ‘p1’,’p2’ ,….) ,其中‘p1’,’p2’ ,…是出现在表达式中的所有变量的名字。

如:(求解F(x)=x^2*cos(a*x)-b ,a,b是标量;x是向量 )

在命令窗口输入:

Fofx=inline('x .^2*cos(a*x)-b' , 'x', 'a', 'b');

g= Fofx([pi/3 pi/3.5],4,1)

系统输出为:g=-1.5483 -1.7259

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feval函数如何理解

feval函数的最通常的应用是以下形式:

feval('functionname', parameter)

举个简单的例子:
比如要计算sin(2),当然可以直接用命令

y=sin(2);

利用feval,还可以这样来做:

y=feval('sin',2);

另外这里的函数名字还可以是一个函数句柄,即h=@sin;

y=feval(h,2);

或者,直接写成

y=feval(@sin,2);


2.求函数的极值点和最大值


比如说y=x^3+x^2+1,怎样用matlab来算它的极值和最大值?

求极值:

syms x y
>> y=x^3+x^2+1
>> diff(y)        %求导

ans =

3*x^2 + 2*x
>> solve(ans)

ans =

-2/3
    0
    


极值有两点。



求最大值,既求-y的最小值

>>  f=@(x)(-x^3-x^2-1)

f = 

    @(x)(-x^3-x^2-1)

>> x=fminunc(f,-3,3)       %   在-3,3范围内找
Warning: Gradient must be provided for trust-region method;
  using line-search method instead. 
> In fminunc at 354
Optimization terminated: relative infinity-norm of gradient less than options.TolFun.

x =

   -0.6667
>> f(x)

ans =

   -1.1481
   


在规定范围内的最大值是1.1481
由于函数的局限性,求出的极值可能是局部最小(大)值。

求全局最值要用遗传算法。


注:此处@的用法
函数句柄
匿名函数

这是函数句柄的一种高级用法, 这样产生的函数句柄变量不指向特定的函数, 而是一个函数表达式. 其语法:

变量名=@(输入参数列表)运算表达式

例如, 前面那个计算变量平方的函数可以简单地写为这个匿名函数:

mysqr1=@(x)x.*x

之后, 执行mysqr1(变量名), 即可计算该变量的平方, 注意, mysqr1属性是函数句柄变量, 而不是这个表达式; 还有要注意这个表达式不需要用单引号括起来

注:fminunc 用法,找不到百度,就写英文的了
fminunc finds a local minimum of a function of several variables.

   X = fminunc(FUN,X0) starts at X0 and attempts to find a local minimizer

   X of the function FUN. FUN accepts input X and returns a scalar


   function value F evaluated at X. X0 can be a scalar, vector or matrix.  



3.求多元函数的极值


列如

求最大值


f=5+1350*(1-x)^(2.9)+1350*x^3*((1-y)^(2.9)-(1-x)^(2.9))+135*y^3*(1-10*(1-y^(2.9)));
其中0.8<x<1,0.6<y<0.8


  matlab程序


f = @(x) -5-1350*(1-x(1))^(2.9)-1350*x(1)^3*((1-x(2))^(2.9)-(1-x(1))^(2.9))-135*x(2)^3*(1-10*(1-x(2)^(2.9)))
lb = [0.8; 0.6]; % x y的下限
ub = [1; 0.8] ; % x y的上限
x0 = [0.5;0.6]; % Starting guess at the solution
[x1,fval1] = fmincon(f,x0,[],[],[],[],lb,ub);
xmax2 = x1(1) % 极值点x的值
ymax2 = x1(2) % 极值点y的值
zmax2 = -fval1 % Z的最大值 


 结果为

matlab求最值(极值)_内联函数

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