4.3. Шартты градиент әдісі
Аталған әдісті қарастыруда келесі [1], [5] теоремалары қолданылады:
Теорема 2 (Тиімділік критерийлері) U – дөңес жиын болсын, функция
,
- U жиынындағы J(u) минимумының нүктелерінің жиыны. Онда
-дың кез-келген нүктесінде
(35)
теңсіздігі барлық
кезінде орындалады, ал
жағдайында (35)-ші теңсіздік
теңдігіне айналады. Егер U жиынында J(u) дөңес болса, онда (35)-шарты
болуға жеткілікті.
- дөңес программалаудың тегіс есебінің шешіміне кезекті жақындауы болсын:
,
- дөңес тұйық жиын,
-
-
жиынында дөңес дифференцияланатын функция. Мұнда
. Онда
нүктесінің маңайында
функциясы келесі түрде бола алады:
,
және
сызықтық функциясы
нүктесінің бірқатар маңайындағы
өлшеміне дейінгі нақтылықпен
айырымының жуықтауы болып табылады.
сызықтық функциясының
жиынында минимизациялаудың қосымша есебін қояйық, яғни
. (36)
- осы есептің шешімі болсын.
жиынындағы
функциясының
минимумының нүктесіне келесі
жуықтауы шартты градиентті әдіс бойынша келесі формуладан табылады:
. (37)
Мүмкін болатын жиынның дөңестік шарты негізінде
.
шамасы (37)-ші формуладан шартты градиентті әдістің әртүрлі нұсқаларында әр түрлі есептеледі.
шамасын анықтаудың екі тәсілін сипаттайық:
1)
, мұндағы
бағыт бойынша жылдам түсу шартынан табылды:
,
мұндағы
.
2) (37) итерациясының бастапқы орындалуында
деп есептейік, сосын
(38)
шарты тексеріледі.
Егер ол бұзылса, онда
-ны 2 есеге азайтады (бөлшектейді) және (38)-ші шартты қайта тексереді. Бөлшектеуді
(38)-ші теңсіздігі орындалғанша жүзеге асырады, одан кейін келесі итерацияға көшеді.
Шартты градиент шарты бойынша есептелудің аяқталу шарты градиентті проекциялау әдісінің шартына сәйкес келеді.
(36)-шы қосымша есебі сызықты емес программалаудың есебі болып табылатындығын атап айтайық. Оның
іздеу шешімі қиындық туғызбайды деп көрсетейік [7], [8].
1.
мүмкін болатын жиыныны сызықтық шектеулермен және кері емес айнымалылар шартымен берілді. Онда (9) – сызықтық программалау есебі, және оның шешімін симплекс-әдісінің көмегімен табуға болады [16].
2. Мүмкін болатын жиын
![]()
- өлшемді параллелепипед болып табылады. Онда
(39)
3. Мүмкін болатын жиын
![]()
центрі
нүстесінде болатын
радиусты шар болып табылады. Онда
.
Мысал 5. Градиенттің шарты әдіс арқылы
![]()
сызықтық емес программалау тапсырмасын шығару, есептеу
![]()
теңсіздігінің орындалуы кезінде аяқталуы керек.
Шешімі. Бастапқы жуықтау ретінде, мысалы,
нүктесін таңдайық.
Қадам 1.
градиентін
нүктесінде табайық:
.
Көмекші есепті құрамыз:

Бұл есеп сызықтық программалау есебі, оны сипмлекс-әдіс арқылы шешуге болады [16]. Бірақ, мүмкін болатын жиын – тікбұрышты, сондықтан қатынасты (39) қолдану тиімдірек. Оны келесі есеп үшін жазайық:

Бұдан
шығады.
шамасын бірінші тәсілмен табамыз. Бұл жағдайда

шартынан
табамыз. Сондықтан
.
Кезекті
жуықтауын (37)-ші формула бойынша есептейміз:
![]()
болғандықтан, талап етілген дәлдік қанағатандырылмайды.
Градиенттің шартты әдісінің келесі қадамдарындағы есептеулердің нәтижелері 5-кестеде келтірілген.
5-кесте.
Градиенттің шартты әдісі
|
|
|
|
|
|
|
1 |
(0,8; 1,6) |
1,789 |
(1; 0) |
0,462 |
|
2 |
(0,892; 0,861) |
0,745 |
(1; 2) |
0,212 |
|
3 |
(0,915; 1,103) |
0,213 |
(1; 0) |
0,168 |
|
4 |
(0,929; 0,917) |
0,187 |
(1; 2) |
0,140 |
|
5 |
(0,939; 1,069) |
0,152 |
(1; 0) |
0,121 |
|
6 |
(0,947; 0,940) |
0,129 |
(1; 2) |
0,106 |
|
7 |
(0,952; 1,053) |
0,113 |
(1; 0) |
0,095 |
|
8 |
(0,957; 0,953) |
0,1 |
Дәлдік қанағатандырылды |
|
Соңғы шешім
,
.