Arbeitsblatt · Studium

Nichtlineare Optimierung: Aufgaben mit Lösungen

Der Generator stellt Aufgaben zur nichtlinearen Optimierung: Schritte des Gradientenverfahrens, optimale Schrittweite und Kontraktionsfaktor, Newton-Schritt bei quadratischen Funktionen, KKT-Bedingungen mit einer Nebenbedingung und Konvexität. Mit Lösungen.

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Erklärung: Nichtlineare Optimierung: Konvexität, Gradientenverfahren, KKT

Hier suchst du Minima von Funktionen mit mehreren Variablen. Wähle oben eine Aufgabenart oder lass sie gemischt. Mit „Neue Aufgaben“ entsteht ein neues Blatt.

Das brauchst du

  • Gradientenverfahren: xk+1 = xk − t·∇f(xk). Bei f = p x² + q y² multipliziert jeder Schritt die x-Koordinate mit 1 − 2pt und die y-Koordinate mit 1 − 2qt.
  • Optimale Schrittweite: t = 2/(λmin + λmax) mit den Eigenwerten der Hesse-Matrix. Der Fehler schrumpft dann um den Faktor (κ − 1)/(κ + 1) mit κ = λmax/λmin.
  • Newton-Schritt: x1 = x0 − H−1∇f(x0). Bei quadratischen Funktionen ist x1 das Minimum.
  • KKT: ∇f + μ∇g = 0, μ ≥ 0, g ≤ 0, μ·g = 0. Ist die Bedingung aktiv, gilt g = 0.
  • Konvexität: f ist konvex, wenn die Hesse-Matrix überall positiv semidefinit ist, bei 2 × 2 also Determinante ≥ 0 und Spur ≥ 0.

Alles steht auf der Seite Nichtlineare Optimierung bei der Konvexität, dem Gradientenverfahren, dem Newton-Verfahren und den KKT-Bedingungen.

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