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《Matlab在數學建模中的應用》筆記2-非線性規劃&整數規劃

非線性規劃(NP)

  1. 定義:求一個函式min或max問題中,目標函式或約束條件至少有一個是非線性函式。

  2. 一般形式:
    目標函式:
    minf(x)
    約束條件:
    h(x)
    g(x)

其中,x為模型的(NP)的決策變數;f稱為目標函式;gihi稱為約束函式。另外,g(x)稱為等式約束;h(x)稱為不等式約束。

  1. Matlab標準形式
    min
    s.t.

其中,f(x)是標量函式;A,B,Aeq,Beq是相應維數的矩陣和向量;C(x),Ceq(x)是非線性向量函式。

Matlab命令為

x=fmincon(fun,X0,A,B,Aeq,Beq,LB,UB,NONLCON,OPTIONS)

其返回值為向量x。其中,fun為需額外用M檔案定義的目標函式;X0為x的初始值;A,B,Aeq,Beq對應線性不等約束A

xB以及線性等式約束Aeqx=B,如果沒有線性約束,則一般令A=[ ],B=[ ],Aeq=[ ],Beq=[ ]。LB&UB為變數x的下界和上界,若無約束,則為[ ],若無下界則,LB=-inf,若無上界,則UB=inf。NONLCON為用M檔案定義的非線性向量函式CxCeqx

  1. Example
    minf(x)=x21+x22+8s.t.x21x20x1x22+2=0x1,x20

Matlab程式碼

%編寫M檔案fun1.m和fun2.m
function f=fun1(x)
f=x(1)^2+x(2)^2+8;

function [g,h]
=fun2(x)
g=-x(1)^2+x(2); h=-x(1)-x(2)^2+2;
[x,y]=fmincon('fun1',rand(2,1),[],[],[],[],zeros(2,1),[],'fun2')

整數規劃(簡單介紹)

  1. 定義:規劃的變數中(部分或全部)限制為整數

  2. 求解演算法多種(還未真正實現過)
    分支定界法:可求純或混合整數性線性規劃
    割平面法:可求純或混合整數性線性規劃
    隱列舉法:用於求解0-1整數規劃,有過濾隱列舉法和分枝隱列舉法
    匈牙利法:解決指派問題(0-1規劃特殊情形)
    蒙特卡羅法:求解各種型別的規劃

  3. 0-1整數規劃(大概步驟)
    (1)先試探可行解,縮小範圍
    (2)在小範圍內窮舉

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