《機械優(yōu)化設(shè)計》試卷及答案

高二《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》期中考試試卷高二《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》期中考試試卷.PAGE.PAGE9高二《計算機應(yīng)用基礎(chǔ)》期中考試試卷.PAGE《機械優(yōu)化設(shè)計》復(fù)習(xí)題及答案一、填空題1、用最速下降法求f(X)=100(x2-x12)2+(1-x1)2的最優(yōu)解時，設(shè)X（0）＝[-0.5,0.5]T，第一步迭代的搜索方向為[-47;-50]。2、機械優(yōu)化設(shè)計采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法,其核心一是建立搜索方向二是計算最佳步長因子。3、當(dāng)優(yōu)化問題是__凸規(guī)劃______的情況下，任何局部最優(yōu)解就是全域最優(yōu)解。4、應(yīng)用進退法來確定搜索區(qū)間時，最后得到的三點，即為搜索區(qū)間的始點、中間點和終點，它們的函數(shù)值形成高-低-高趨勢。5、包含n個設(shè)計變量的優(yōu)化問題，稱為n維優(yōu)化問題。6、函數(shù)的梯度為HX+B。7、設(shè)G為n×n對稱正定矩陣，若n維空間中有兩個非零向量d0，d1，滿足(d0)TGd1=0，則d0、d1之間存在_共軛_____關(guān)系。8、設(shè)計變量、約束條件、目標(biāo)函數(shù)是優(yōu)化設(shè)計問題數(shù)學(xué)模型的基本要素。9、對于無約束二元函數(shù)，若在點處取得極小值，其必要條件是梯度為零，充分條件是海塞矩陣正定。10、庫恩-塔克條件可以敘述為在極值點處目標(biāo)函數(shù)的梯度為起作用的各約束函數(shù)梯度的非負(fù)線性組合。11、用黃金分割法求一元函數(shù)的極小點，初始搜索區(qū)間，經(jīng)第一次區(qū)間消去后得到的新區(qū)間為[-2.36,2.36]。12、優(yōu)化設(shè)計問題的數(shù)學(xué)模型的基本要素有設(shè)計變量、約束條件目標(biāo)函數(shù)、13、牛頓法的搜索方向dk=，其計算量大，且要求初始點在極小點逼近位置。14、將函數(shù)f(X)=x12+x22-x1x2-10x1-4x2+60表示成的形式。15、存在矩陣H，向量d1，向量d2，當(dāng)滿足(d1)TGd2=0，向量d1和向量d2是關(guān)于H共軛。16、采用外點法求解約束優(yōu)化問題時，將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為外點形式時引入的懲罰因子r數(shù)列，具有由小到大趨于無窮特點。17、采用數(shù)學(xué)規(guī)劃法求解多元函數(shù)極值點時，根據(jù)迭代公式需要進行一維搜索，即求。二、選擇題1、下面方法需要求海賽矩陣。A、最速下降法B、共軛梯度法C、牛頓型法D、DFP法2、對于約束問題根據(jù)目標(biāo)函數(shù)等值線和約束曲線，判斷為，為。A．內(nèi)點；內(nèi)點B.外點；外點C.內(nèi)點；外點D.外點；內(nèi)點3、內(nèi)點懲罰函數(shù)法可用于求解__________優(yōu)化問題。A無約束優(yōu)化問題B只含有不等式約束的優(yōu)化問題C只含有等式的優(yōu)化問題D含有不等式和等式約束的優(yōu)化問題4、對于一維搜索，搜索區(qū)間為[a，b]，中間插入兩個點a1、b1，a1<b1，計算出f(a1)<f(b1)，則縮短后的搜索區(qū)間為___________。A[a1，b1]B[b1，b]C[a1，b]D[a，b1]5、_________不是優(yōu)化設(shè)計問題數(shù)學(xué)模型的基本要素。A設(shè)計變量B約束條件C目標(biāo)函數(shù)D最佳步長6、變尺度法的迭代公式為xk+1=xk-αkHk▽f(xk)，下列不屬于Hk必須滿足的條件的是________。A.Hk之間有簡單的迭代形式B.擬牛頓條件C.與海塞矩陣正交D.對稱正定7、函數(shù)在某點的梯度方向為函數(shù)在該點的。A、最速上升方向B、上升方向C、最速下降方向D、下降方向8、下面四種無約束優(yōu)化方法中，__________在構(gòu)成搜索方向時沒有使用到目標(biāo)函數(shù)的一階或二階導(dǎo)數(shù)。A梯度法B牛頓法C變尺度法D坐標(biāo)輪換法9、設(shè)為定義在凸集R上且具有連續(xù)二階導(dǎo)數(shù)的函數(shù)，則在R上為凸函數(shù)的充分必要條件是海塞矩陣G(X)在R上處處。A正定B半正定C負(fù)定D半負(fù)定10、下列關(guān)于最常用的一維搜索試探方法——黃金分割法的敘述，錯誤的是，假設(shè)要求在區(qū)間[a，b]插入兩點α1、α2，且α1<α2。A、其縮短率為0.618B、α1=b-λ（b-a）C、α1=a+λ（b-a）D、在該方法中縮短搜索區(qū)間采用的是外推法。11、與梯度成銳角的方向為函數(shù)值上升方向，與負(fù)梯度成銳角的方向為函數(shù)值下降方向，與梯度成直角的方向為函數(shù)值不變方向。A、上升B、下降C、不變D、為零12、二維目標(biāo)函數(shù)的無約束極小點就是。A、等值線族的一個共同中心B、梯度為0的點C、全局最優(yōu)解D、海塞矩陣正定的點13、最速下降法相鄰兩搜索方向dk和dk+1必為向量。A相切B正交C成銳角D共軛14、下列關(guān)于內(nèi)點懲罰函數(shù)法的敘述，錯誤的是。A可用來求解含不等式約束和等式約束的最優(yōu)化問題。B懲罰因子是不斷遞減的正值C初始點應(yīng)選擇一個離約束邊界較遠的點。D初始點必須在可行域內(nèi)15、通常情況下，下面四種算法中收斂速度最慢的是

A

牛頓法

B

梯度法

C

共軛梯度法

D

變尺度法

16、一維搜索試探方法——黃金分割法比二次插值法的收斂速度

A、慢

B、快

C、一樣

D、不確定17、下列關(guān)于共軛梯度法的敘述，錯誤的是

。

A

需要求海賽矩陣

B

除第一步以外的其余各步的搜索方向是將負(fù)梯度偏轉(zhuǎn)一個角度

C

共軛梯度法具有二次收斂性

D

第一步迭代的搜索方向為初始點的負(fù)梯度三、問答題1、試述兩種一維搜索方法的原理，它們之間有何區(qū)答：搜索的原理是：區(qū)間消去法原理

區(qū)別：（1）、試探法：給定的規(guī)定來確定插入點的位置，此點的位置確定僅僅按照區(qū)間的縮短如何加快，而不顧及函數(shù)值的分布關(guān)系，如黃金分割法

（2）、插值法：沒有函數(shù)表達式，可以根據(jù)這些點處的函數(shù)值，利用插值方法建立函數(shù)的某種近似表達式，近而求出函數(shù)的極小點，并用它作為原來函數(shù)的近似值。這種方法稱為插值法，又叫函數(shù)逼近法。2、懲罰函數(shù)法求解約束優(yōu)化問題的基本原理是什么？答，基本原理是將優(yōu)化問題的不等式和等式約束函數(shù)經(jīng)過加權(quán)轉(zhuǎn)化后，和原目標(biāo)函數(shù)結(jié)合形成新的目標(biāo)函數(shù)——懲罰函數(shù)求解該新目標(biāo)函數(shù)的無約束極值，以期得到原問題的約束最優(yōu)解3、試述數(shù)值解法求最佳步長因子的基本思路。答主要用數(shù)值解法，利用計算機通過反復(fù)迭代計算求得最佳步長因子的近似值4、試述求解無約束優(yōu)化問題的最速下降法與牛頓型方法的優(yōu)缺點。答：最速下降法此法優(yōu)點是直接、簡單，頭幾步下降速度快。缺點是收斂速度慢，越到后面收斂越慢。牛頓法優(yōu)點是收斂比較快，對二次函數(shù)具有二次收斂性。缺點是每次迭代需要求海塞矩陣及其逆矩陣，維數(shù)高時及數(shù)量比較大。

5、寫出用數(shù)學(xué)規(guī)劃法求解優(yōu)化設(shè)計問題的數(shù)值迭代公式，并說明公式中各變量的意義，并說明迭代公式的意義。四、解答題1、試用梯度法求目標(biāo)函數(shù)f(X)=1.5x12+0.5x22-x1x2-2x1的最優(yōu)解，設(shè)初始點x(0)=[-2，4]T,選代精度ε=0.02（迭代一步）。2、試用牛頓法求f(X)=(x1-2)2+(x1-2x2)2的最優(yōu)解，設(shè)初始點x(0)=[2,1]T。3、設(shè)有函數(shù)f(X)=x12+2x22-2x1x2-4x1，試?yán)脴O值條件求其極值點和極值。4、求目標(biāo)函數(shù)f(X)=x12+x1x2+2x22+4x1+6x2+10的極值和極值點。5、試證明函數(shù)f(X)=2x12+5x22+x32+2x3x2+2x3x1-6x2+3在點[1，1，-2]T處具有極小值。6、給定約束優(yōu)化問題minf(X)=(x1-3)2+(x2-2)2s.t.g1(X)=－x12－x22＋5≥0g2(X)=－x1－2x2＋4≥0g3(X)=x1≥0g4(X)=x2≥0驗證在點Kuhn-Tucker條件成立。7、設(shè)非線性規(guī)劃問題用K-T條件驗證為其約束最優(yōu)點。10、如圖，有一塊邊長為6m的正方形鋁板，四角截去相等的邊長為x的方塊并折轉(zhuǎn)，造一個無蓋的箱子，問如何截法（x取何值）才能獲得最大容器的箱子。試寫出這一優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型以及用MATLAB軟件求解的程序。11、某廠生產(chǎn)一個容積為8000cm3的平底無蓋的圓柱形容器，要求設(shè)計此容器消耗原材料最少，試寫出這一優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型以及用MATLAB軟件求解的程序。12、一根長l的鉛絲截成兩段，一段彎成圓圈，另一段彎折成方形，問應(yīng)以怎樣的比例截斷鉛絲，才能使圓和方形的面積之和為最大，試寫出這一優(yōu)化設(shè)計問題的數(shù)學(xué)模型以及用MATLAB軟件求解的程序。13、求表面積為300m214、薄鐵板寬20cm，折成梯形槽，求梯形側(cè)邊多長及底角多大，才會使槽的斷面積最大。寫出這一優(yōu)化設(shè)計問題的數(shù)學(xué)模型，并用matlab軟件的優(yōu)化工具箱