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shawdongGitee/Optimization_Algorithm

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Monte_Carlo_Gradient_Descent_Rastrigin.m 2.02 KB
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GaoBoYu599 提交于 2019-01-08 12:26 +08:00 . Add files via upload
% 本程序使用Rastrigin函数
% 思路:先用蒙特卡洛全局搜索到近似最小值(精度有限),再用梯度下降法进行精确搜索!
clc;
clear;
syms x y;
% 根据函数表达式: f最小值是0
f = 20 + x^2 + y^2 -10*(cos(2*pi*x) + cos(2*pi*y));
% 一阶导数: 为精搜的梯度下降准备
fx = diff(f,x);
fy = diff(f,y);
% 原始图像:
x = -5:0.01:5;
y = -5:0.01:5;
[X,Y] = meshgrid(x,y);
Z = 20 + X.^2 + Y.^2 -10*(cos(2*pi*X) + cos(2*pi*Y));
figure(1);
mesh(X,Y,Z);
xlabel('横坐标x'); ylabel('纵坐标y'); zlabel('空间坐标z');
hold on;
x0 = 2.42;
y0 = -4.58;
f_min = 20 + x0^2 + y0^2 -10*(cos(2*pi*x0) + cos(2*pi*y0));
plot3(x0,y0,f_min,'b*');
hold on;
% 1001*1001 全集10w种可能(x,y):
x_all = -5:0.01:5;
y_all = -5:0.01:5;
num = 1;
count = 0; % 记录所有测试数据中有几次成功前进了!
fprintf('蒙特卡洛随机抽样开始:\n')
while num < 80000 % 测试集8w 测试集太小找到极值的概率就很小!
x = x_all(randperm(length(x_all),1));
y = y_all(randperm(length(y_all),1));
if eval(f) < f_min
count = count + 1;
f_min = eval(f);
x_tmp = x;
y_tmp = y;
fprintf('当前极小值坐标为:(%.5f,%.5f,%.5f)\n', x_tmp, y_tmp, f_min);
fprintf('当前成功替换次数:%d\n\n',count)
plot3(x_tmp, y_tmp, f_min, 'r*');
hold on;
end
num = num + 1;
end
% 下面开始梯度下降精确搜索:
% 初始化:
acc = 0.001; % 精度
study_step = 0.001; % 学习率
x = x_tmp;
y = y_tmp;
k = 0; % 下降次数
% 梯度下降开始:[x1,y1] = [x0,y0] - step*( fx(x0,y0),fy(x0,y0) )
% 图像:在一个坡的两侧,跳跃式下降!
fprintf('梯度下降精确搜索开始:\n');
while eval(fx)~=0 | eval(fy)~=0
ans_tmp = [x,y] - study_step*[eval(fx),eval(fy)];
acc_tmp = sqrt((ans_tmp(1)-x)^2 + (ans_tmp(2)-y)^2);
if acc_tmp <= acc
fprintf('精确极值坐标为:(%.5f,%.5f,%.5f)\n',ans_tmp(1),ans_tmp(2),f_tmp);
fprintf('迭代次数:%d\n',k);
plot3(ans_tmp(1),ans_tmp(2),f_tmp,'k.');
hold off
break;
end
x = ans_tmp(1);
y = ans_tmp(2);
f_tmp = eval(f);
plot3(x,y,f_tmp,'k.')
hold on;
k = k + 1; % 计数器
end
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