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优化理论Optimization Theory每个优化问题都包含三个组成部分：目标函数、决策变量和约束。 当人们谈论制定优化问题时，它意味着将“现实世界”问题转化为包含这三个组成部分的数学方程和变量。目标函数，通常表示为 f 或 z，反映要最大化或最小化的单个量。交通领域的例子包括“最小化拥堵”、“最大化安全”、“最大化可达性”、“最小化成本”、“最大化路面质量”、“最小化排放”、“最大化收入”等等。
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数学代写|优化理论代写Optimization Theory代考|GRADIENT PROJECTION
In this section we shall discuss an alternative approach to optimization introduced by J. B. Rosen [R-4, 5, 6] which does not involve the solution of nonlinear two-point boundary-value problems. Rosen’s method, called gradient projection, is an iterative numerical procedure for finding an extremum of a function of several variables that are required to satisfy various constraining relations. If the function to be extremized (called the objective function) and the constraints are linear functions of the variables, the optimization problem is referred to as a linear programming problem; when nonlinear terms are present in the constraining relations or in the objective function, the problem is referred to as a nonlinear programming problem.
We shall first discuss gradient projection as it applies to nonlinear programming problems that have linear constraints, but nonlinear objective functions. Then we shall show how the gradient projection algorithm can be used to solve optimal control problems.
Minimization of Functions by the Gradient Projection Method
Example 6.6-1. To begin, let us consider a simple example. Let $f$ be a function of two variables $y_1$ and $y_2$ and $f\left(y_1, y_2\right)$ denote the value of $f$ at the point $\left(y_1, y_2\right)$. The problem is to find the point $\left(y_1^, y_2^\right)$ where $f$ has its minimum value. The variables $y_1$ and $y_2$ are required to satisfy the linear inequality constraints
$$
\begin{aligned}
y_1 & \geq 0 \
y_2 & \geq 0 \
2 y_1 & -5 y_2+10 \geq 0 \
-4 y_1 & -7 y_2+22.5 \geq 0 \
-9 y_1 & -2 y_2+26.5 \geq 0
\end{aligned}
$$
数学代写|优化理论代写Optimization Theory代考|Calculation Requirements
Let us now discuss the calculations that are required by the gradient projection algorithm.
The Gradient. It is assumed that the expression for the function to be minimized is known. The components of the gradient vector are found by taking the partial derivatives of $f$ with respect to $y_1, y_2, \ldots, y_K$. For example, if
$$
f(\mathbf{y})=y_1^2-80 y_1+1600+y_2^2-100 y_2,
$$
then
$$
\frac{\partial f^{(i)}}{\partial \mathbf{y}} \triangleq \frac{\partial f}{\partial \mathbf{y}}\left(\mathbf{y}^{(i)}\right)=\left[2 y_1^{(i)}-80,2 y_2^{(i)}-100\right]^T
$$
is the gradient at the point $\mathbf{y}^{(i)} .-\partial f^{(n)} / \partial \mathbf{y}$ is obtained by changing the sign of each component of $\partial f^{(i)} / \partial \mathbf{y}$.
The Projection Matrix. From Eq. (6.6-9) it is seen that to determine the projection matrix $\mathbf{P}_q$ at some point $\mathbf{y}^{(i)}$, it is first necessary to find the matrix $\mathbf{N}_q$. This is done by forming the $L$ vector $\lambda\left(\mathbf{y}^{(i)}\right)=\mathbf{N}_L^T \mathbf{y}^{(i)}-\mathbf{v}_L$ of (6.6-3b) and checking the sign of each component of $\boldsymbol{\lambda}$. Since $y^{(i)}$ is assumed to be an admissible point, each component of $\lambda$ must be nonnegative. If $\lambda_j$ (the $j$ th component of $\lambda$ ) is zero, the unit vector $\mathbf{n}_j$ is to be included in $\mathbf{N}_q$; if $\lambda_j>0$, $\mathbf{n}_j$ is not included in $\mathbf{N}_q$. Once $\mathbf{N}_q$ is known, the matrices $\mathbf{N}_q^T \mathbf{N}_q$ and $\left[\mathbf{N}_q^T \mathbf{N}_q\right]^{-1}$ can be found and the projection matrix formed by using Eq. (6.6-9); that is,
$$
\mathbf{P}_q=\mathbf{I}-\mathbf{N}_q\left[\mathbf{N}_q^T \mathbf{N}_q\right]^{-1} \mathbf{N}_q^T .
$$
Subsequently, we shall see that only one vector $\mathbf{n}_q$ is added to, or dropped from, $\mathbf{N}_q$ at each stage of the iterative procéss; in addition to simplifying the determination of $\mathbf{N}_q$, this allows the matrix $\left[\mathbf{N}_q^r \mathbf{N}_q\right]^{-1}$ to be found by using recurrence relations $\dagger$ that do not require matrix inversion.
优化理论代写
数学代写|优化理论代写Optimization Theory代考|GRADIENT PROJECTION
在本节中，我们将讨论J. B. Rosen [r – 4,5,6]引入的另一种优化方法，该方法不涉及非线性两点边值问题的求解。Rosen的方法，称为梯度投影，是一个迭代的数值过程，用于寻找满足各种约束关系所需的多个变量函数的极值。如果要极值的函数(称为目标函数)和约束是变量的线性函数，则将优化问题称为线性规划问题;当约束关系或目标函数中存在非线性项时，该问题称为非线性规划问题。
我们将首先讨论梯度投影，因为它适用于非线性规划问题，具有线性约束，但非线性目标函数。然后，我们将展示如何使用梯度投影算法来解决最优控制问题。
用梯度投影法求函数的极小化
例6.6-1。首先，让我们考虑一个简单的例子。设$f$是两个变量$y_1$的函数，$y_2$和$f\left(y_1, y_2\right)$表示$f$在$\left(y_1, y_2\right)$点的值。问题是找到$f$有最小值的点$\left(y_1^, y_2^\right)$。需要变量$y_1$和$y_2$来满足线性不等式约束
$$
\begin{aligned}
y_1 & \geq 0 \
y_2 & \geq 0 \
2 y_1 & -5 y_2+10 \geq 0 \
-4 y_1 & -7 y_2+22.5 \geq 0 \
-9 y_1 & -2 y_2+26.5 \geq 0
\end{aligned}
$$
数学代写|优化理论代写Optimization Theory代考|Calculation Requirements
现在让我们讨论一下梯度投影算法所需要的计算。
渐变。假设要最小化的函数的表达式是已知的。梯度向量的分量是通过求$f$对$y_1, y_2, \ldots, y_K$的偏导数得到的。例如，如果
$$
f(\mathbf{y})=y_1^2-80 y_1+1600+y_2^2-100 y_2,
$$
然后
$$
\frac{\partial f^{(i)}}{\partial \mathbf{y}} \triangleq \frac{\partial f}{\partial \mathbf{y}}\left(\mathbf{y}^{(i)}\right)=\left[2 y_1^{(i)}-80,2 y_2^{(i)}-100\right]^T
$$
是通过改变$\partial f^{(i)} / \partial \mathbf{y}$的每个分量的符号来获得$\mathbf{y}^{(i)} .-\partial f^{(n)} / \partial \mathbf{y}$点的梯度。
投影矩阵。由式(6.6-9)可知，要确定某点$\mathbf{y}^{(i)}$处的投影矩阵$\mathbf{P}_q$，首先需要找到矩阵$\mathbf{N}_q$。这是通过形成(6.6-3b)的$L$向量$\lambda\left(\mathbf{y}^{(i)}\right)=\mathbf{N}_L^T \mathbf{y}^{(i)}-\mathbf{v}_L$并检查$\boldsymbol{\lambda}$的每个分量的符号来完成的。因为假设$y^{(i)}$是一个允许的点，所以$\lambda$的每个分量都必须是非负的。如果$\lambda_j$ ($\lambda$的第$j$个分量)为零，则单位矢量$\mathbf{n}_j$将包含在$\mathbf{N}_q$中;如果是$\lambda_j>0$，则$\mathbf{N}_q$中不包含$\mathbf{n}_j$。一旦知道$\mathbf{N}_q$，就可以找到矩阵$\mathbf{N}_q^T \mathbf{N}_q$和$\left[\mathbf{N}_q^T \mathbf{N}_q\right]^{-1}$，并由式(6.6-9)形成投影矩阵;也就是说，
$$
\mathbf{P}_q=\mathbf{I}-\mathbf{N}_q\left[\mathbf{N}_q^T \mathbf{N}_q\right]^{-1} \mathbf{N}_q^T .
$$
随后，我们将看到，在迭代过程的每个阶段，只有一个向量$\mathbf{n}_q$被添加到$\mathbf{N}_q$，或者从中删除;除了简化$\mathbf{N}_q$的确定之外，这允许通过使用不需要矩阵反转的递归关系$\dagger$来找到矩阵$\left[\mathbf{N}_q^r \mathbf{N}_q\right]^{-1}$。
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微观经济学代写
微观经济学是主流经济学的一个分支，研究个人和企业在做出有关稀缺资源分配的决策时的行为以及这些个人和企业之间的相互作用。my-assignmentexpert™ 为您的留学生涯保驾护航 在数学Mathematics作业代写方面已经树立了自己的口碑, 保证靠谱, 高质且原创的数学Mathematics代写服务。我们的专家在图论代写Graph Theory代写方面经验极为丰富，各种图论代写Graph Theory相关的作业也就用不着 说。
线性代数代写
线性代数是数学的一个分支，涉及线性方程，如：线性图，如：以及它们在向量空间和通过矩阵的表示。线性代数是几乎所有数学领域的核心。
博弈论代写
现代博弈论始于约翰-冯-诺伊曼（John von Neumann）提出的两人零和博弈中的混合策略均衡的观点及其证明。冯-诺依曼的原始证明使用了关于连续映射到紧凑凸集的布劳威尔定点定理，这成为博弈论和数学经济学的标准方法。在他的论文之后，1944年，他与奥斯卡-莫根斯特恩（Oskar Morgenstern）共同撰写了《游戏和经济行为理论》一书，该书考虑了几个参与者的合作游戏。这本书的第二版提供了预期效用的公理理论，使数理统计学家和经济学家能够处理不确定性下的决策。
微积分代写
微积分，最初被称为无穷小微积分或 “无穷小的微积分”，是对连续变化的数学研究，就像几何学是对形状的研究，而代数是对算术运算的概括研究一样。
它有两个主要分支，微分和积分；微分涉及瞬时变化率和曲线的斜率，而积分涉及数量的累积，以及曲线下或曲线之间的面积。这两个分支通过微积分的基本定理相互联系，它们利用了无限序列和无限级数收敛到一个明确定义的极限的基本概念 。
计量经济学代写
什么是计量经济学？
计量经济学是统计学和数学模型的定量应用，使用数据来发展理论或测试经济学中的现有假设，并根据历史数据预测未来趋势。它对现实世界的数据进行统计试验，然后将结果与被测试的理论进行比较和对比。
根据你是对测试现有理论感兴趣，还是对利用现有数据在这些观察的基础上提出新的假设感兴趣，计量经济学可以细分为两大类：理论和应用。那些经常从事这种实践的人通常被称为计量经济学家。
Matlab代写
MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中，其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括：数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发，包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统，其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题，尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题，而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问，这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展，得到了许多用户的投入。在大学环境中，它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域，MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要，工具箱允许您学习和应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数（M 文件）的综合集合，可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。
