fmincon: целевая функция для этого? - PullRequest
0 голосов
/ 03 апреля 2019

Я пишу программу для оптимизации проблемы упаковки, используя алгоритм Роберта Ланга со своей веб-страницы: https://langorigami.com/wp-content/uploads/2015/09/ODS1e_Algorithms.pdf

Это используется для разработки моделей оригами, и это проблема упаковки кругов с ограничениями и различными радиусами.

Я создал пример с 5 узлами, где 4 из них являются терминальными. Глядя на эти определения , включенные в предыдущий алгоритм, я хочу работать с Scale Optimization (A.3) .

Согласно обозначениям, в моем примере у меня есть:

E = {e1, e2, e3, e4,}      ---> Edges
U = {u1, u2. u3, u4, u5}   ---> Vertices (Each one with x and y coordinates)
Ut = {u2, u3, u4, u5}      ---> Terminal Vertices

P = {[u1, u2], [u1, u3], [u1, u4], [u1, u5],
     [u2, u3], [u2, u4], [u2, u5],
     [u3, u4], [u4, u5]}   ---> All paths between vertices from U

Pt = {[u2, u3], [u2, u4], [u2, u5],
     [u3, u4], [u3, u5],
     [u4, u5]}             ---> All paths between terminal vertices Ut

И если я предполагаю, что σ равно 0:

L = {100, 50, 100, 100,
     150, 200, 200,
     150, 150,
     200}                   --> Length of the paths P

Note that the length of each path is in the same position of P.

Так что теперь, когда все это определено, я должен оптимизировать масштаб. Для этого я должен:

Свернуть (-m) в течение {m, ui ∈ Ut} s.t .: (A-2)

1.- 0 ≤ ui, x ≤ w для всех ui ∈Ut (A-3)

2.- 0 ≤ ui, y ≤ h для всех ui ∈Ut (A-4)

3.- (A-5) со страницы, которую я предоставил.

Итак, в примере, объединяя (A-3) и (A-4) , мы можем установить Lb и Ub для функции fmincon такие как:

Lb = zeros(1,8)
Ub = [ones(1,4)*w, ones(1,4)*h]

Ввод x для функции fmincon, из-за отказа матрицы, я использую его следующим образом:

X = [x1 x2 x3 x4 y1 y2 y3 y4] , поэтому Lb и Ub имеют эту форму.

О (A-5) мы получаем этот набор неравенств:

m*150 - sqrt((x(2)-x(3))^2 + (y(2)-y(3))^2) <= 0
m*200 - sqrt((x(2)-x(4))^2 + (y(2)-y(4))^2) <= 0
m*200 - sqrt((x(2)-x(5))^2 + (y(2)-y(5))^2) <= 0
m*150 - sqrt((x(3)-x(4))^2 + (y(3)-y(4))^2) <= 0
m*150 - sqrt((x(3)-x(5))^2 + (y(3)-y(5))^2) <= 0
m*200 - sqrt((x(4)-x(5))^2 + (y(4)-y(5))^2) <= 0

Моя основная программа: testFmincon.m :

[x,fval,exitflag] = Solver(zeros(1,10),zeros(1,10),ones(1,10)*700);
%% w = h = 700

Я реализовал оптимизатор в файле Solver.m :

function [x,fval,exitflag,output,lambda,grad,hessian] = Solver(x0, lb, ub)
%% This is an auto generated MATLAB file from Optimization Tool.

%% Start with the default options
options = optimoptions('fmincon');
%% Modify options setting
options = optimoptions(options,'Display', 'off');
options = optimoptions(options,'Algorithm', 'sqp');
[x,fval,exitflag,output,lambda,grad,hessian] = ...
fmincon(@Objs,x0,[],[],[],[],lb,ub,@Objs2,options);

Где Objs2.m :

function [c, ceq] = Objs2(xy)
length = size(xy);
length = length(2);
x = xy(1,1:length/2);
y = xy(1,(length/2)+1:length);

c(1) = sqrt((x(2) - x(3))^2 + (y(2)-y(3))^2) - m*150;
c(2) = sqrt((x(2) - x(4))^2 + (y(2)-y(4))^2) - m*200;
c(3) = sqrt((x(2) - x(5))^2 + (y(2)-y(5))^2) - m*200;
c(4) = sqrt((x(3) - x(4))^2 + (y(3)-y(4))^2) - m*150;
c(5) = sqrt((x(3) - x(5))^2 + (y(3)-y(5))^2) - m*150;
c(6) = sqrt((x(4) - x(5))^2 + (y(4)-y(5))^2) - m*200;

ceq=[x(1) y(1)]; %% x1 and y1 are 0.
end

И Objs.m Файл:

function c = Objs(xy)
length = size(xy);
length = length(2);
x = xy(1,1:length/2);
y = xy(1,(length/2)+1:length);

c(1) = sqrt((x(2) - x(3))^2 + (y(2)-y(3))^2) - m*150;
c(2) = sqrt((x(2) - x(4))^2 + (y(2)-y(4))^2) - m*200;
c(3) = sqrt((x(2) - x(5))^2 + (y(2)-y(5))^2) - m*200;
c(4) = sqrt((x(3) - x(4))^2 + (y(3)-y(4))^2) - m*150;
c(5) = sqrt((x(3) - x(5))^2 + (y(3)-y(5))^2) - m*150;
c(6) = sqrt((x(4) - x(5))^2 + (y(4)-y(5))^2) - m*200;

c = m*sum(c);
end

Но я не работаю правильно, я думаю, что неправильно использую функцию fmincon. Я не знаю ни как оптимизировать (-m) ... я должен использовать syms m или что-то в этом роде?

edit: вывод, подобный этому, всегда равен [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0], когда это не должно быть. Смотрите вывод здесь .

Большое вам спасибо в совете.

1 Ответ

0 голосов
/ 04 апреля 2019

Еще несколько замечаний.

Мы можем немного упростить ситуацию, избавившись от квадратного корня. Таким образом, ограничения выглядят так:

set c = {x,y}
maximize m2
m2 * sqrpathlen(ut,vt) <= sum(c, sqr(pos(ut,c)-pos(vt,c))) for all paths ut->vt

где м2 - квадрат м.

Это действительно невыпукло. С глобальным решателем я получаю решение:

----     83 VARIABLE m2.L                  =       12.900  m^2, with m=scale
            PARAMETER m                    =        3.592  

----     83 VARIABLE pos.L  positions

             x           y

u3     700.000     700.000
u4     700.000     161.251
u5     161.251     700.000

(pos (u2, x) и pos (u2, y) равны нулю).

С локальным решателем, использующим 0 в качестве отправной точки, мы видим, что мы вообще не движемся:

----     83 VARIABLE m2.L                  =        0.000  m^2, with m=scale
            PARAMETER m                    =        0.000  

----     83 VARIABLE pos.L  positions

                      ( ALL       0.000 )
...