MATLAB.Exponenta
–Û·Ë͇ Matlab&Toolboxes
  Математика
  Оптимизация
  - Optimization Toolbox
- Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox
  Работа с данными
  Обработка сигналов и изображений
  Проектирование систем управления
  Оптимальные и робастные системы управления
  Финансовые приложения

Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox - Математика

Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox 1.0.2

  • Обзор и основные особенности
  • Графический интерфейс и функции командной строки
  • Инструментарий генетического алгоритма
  • Инструментарий алгоритма метода прямого поиска
  • Использование других функций и решателей
  • Отображение, мониторинг и вывод результатов
  • Системные требования

Обзор и основные особенности

Обзор.

Решение задач оптимизации при использовании генетического алгоритма и алгоритма прямого поиска.

Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox предназначен для расширения функциональных возможностей пакета MATLAB и, в частности, Optimization Toolbox новыми видами алгоритмов оптимизации. В данном инструментарии содержатся новые возможности по применению известных алгоритмов оптимизации для такого класса задач, который представляет определенные трудности при решении обычными методами оптимизации, то есть такого класса задач, который представляет определенную трудность в математической формулировке. Подобные методы и алгоритмы чаще всего используются в случае, когда искомая целевая функция является прерывистой, существенно нелинейной, стохастической и не имеет производных или эти производные являются недостаточно определенными. Клик мышки на эту картинку дает увеличенное изображение.

Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox может рассматриваться и как некое дополнение к другим методам оптимизации в качестве некоего средства для поиска приемлемой начальной точки расчета по основному алгоритму оптимизации. Этот алгоритм может служить и как средство для последующего уточнения ранее использованных основных алгоритмов.

Text Box:

Для получения увеличенного обзора необходимо кликнуть мышкой на картинку.

Обращение к функциям Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox возможно с помощью основного графического интерфейса или через командную строку MATLAB с использованием открытого алгоритмического языка. Такой подход означает, что любой пользователь имеет возможность отслеживания алгоритма, модификации исходных кодов и создания собственных оригинальных программ.

Основные особенности

  • Графический интерфейс пользователя и функции командной строки являются удобными средствами для постановки задачи; установки соответствующих опций алгоритма и мониторинга выполнения задачи.
  • Генетический алгоритм дополнен инструментами для разработки, масштабирования, отбора, перехода от одной задачи к другой и изменения хода выполнения программы.
  • Алгоритм прямого поиска дополнен инструментами для реализации метода непосредственного поиска, опциями для задания размера расчетной ячейки, методом опроса и методом поиска.
  • Наличие функциональной связи между программами Optimization Toolbox и MATLAB и генетическим алгоритмом и методом прямого поиска.
  • Поддержка автоматической генерации М-кодов.

Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox поможет решить задачи, которые или невозможно решить обычными методами или возникают неустойчивые решения при применении стандартных математических методов. Ниже приводится рисунок с набором задач, к которым можно использовать методы оптимизации данного тулбокса. Графический интерфейс пользователя поможет быстро установить тип решаемой задачи и получить ее решение.

Графический интерфейс и функции командной строки

Доступ к функциям Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox возможен как с командной строки пакета MATLAB, так и при помощи графического интерфейса пользователя для генетического алгоритма и метода прямого поиска. Подобный интерфейс позволяет в кратчайшее время поставить задачу и установить набор необходимых алгоритмических опций для решения задачи оптимизации за приемлемое время.

Также имеются соответствующие инструментарии для управления процессом оптимизации и контроля эффективности выполнения и ввода критериев останова выполнения программы.

Во время выполнения процесса оптимизации с целью уточнения решения и корректировки получаемых результатов имеется возможность оперативного изменения опций выполняемой задачи.

Инструментарий алгоритма метода прямого поиска

В данном тулбоксе алгоритм метода прямого поиска реализован на базе методов непосредственного поиска. В то время как в традиционных методах оптимизации для поиска оптимальной точки используется информация о градиенте или производных различного порядка, то в методе непосредственного поиска реализован так называемый минимальный и максимальный положительный базисный шаблон. Этот шаблон управляет ограничениями в виде границ, линейных равенств или линейных неравенств и не требует, что бы функции были дифференцируемыми или непрерывными.

В алгоритм метода прямого поиска включены следующие опции:

  • Методы опроса, которые позволяют определить как следует генерировать и как оценивать точки на шаблоне и какое максимальное число точек необходимо генерировать на каждом шаге поиска. Так же для улучшения эффективности имеется возможность управления порядком опроса заданных точек.
  • Методы поиска позволяют устанавливать такие методы, которые будут более эффективны, чем опрос на шаге выполнения. Поиск можно проводить или в области шаблона или на всем пространстве поиска. Аналогично генетическому алгоритму методы глобального поиска могут быть использованы для расчета наилучшей стартовой точки.
  • Наличие ячеечной структуры позволяет контролировать процесс изменения шаблонов и, соответственно, проводить их коррекцию с учетом масштаба и размерности решаемой задачи. Имеются возможности выбора начального размера ячейки, коэффициента изменения размера ячейки или коэффициента свертки ячейки. Изменение структуры ячеек позволяет ускорить сходимость в окрестности точки минимума.
  • Наличие буферной памяти позволяет хранить расчетные ячейки в процессе оптимизации, что особо важно для сложных целевых функций. Имеется возможность задания размера и возможного допустимого изменения кэш памяти, используемой в данном алгоритме расчета по шаблону, а также варьировать пределы допустимого изменения такой кэш памяти по мере выполнения выбранного алгоритма, что может улучшить время выполнения задачи оптимизации и повысить ее эффективность.
  • Имеется возможность изменения опций, как с командной строки, так и помощью графического интерфейса пользователя.

Использование других функций и решателей

Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox тесно интегрирован с пакетом MATLAB и Optimization Toolbox. Такая интеграция позволяет использовать генетический алгоритм и методы непосредственного поиска для определения наилучшей стартовой точки и, соответственно, более полно использовать возможности решателей Optimization Toolbox или программ пакета MATLAB для повышения точности решения задач оптимизации.

Подобная интеграция алгоритмов позволяется достичь заметного расширения возможностей данных тулбоксов и MATLAB в целом по повышению качества получаемых решений. Для определенного класса задач наличие такого подхода может помочь в определении глобальных экстремумов.

Сравнение результатов решения задачи оптимизации только с помощью генетического алгоритма с решением при совместном использовании генетического алгоритма и функций Optimization Toolbox приведено на рисунке. Для получения увеличенного обзора необходимо кликнуть мышкой на картинку.

Отображение, мониторинг и вывод результатов

В данный тулбокс включен ряд графических функций для отображения результатов оптимизации. Подобная визуализация дает возможность установить динамическую обратную связь с процессом оптимизации и проводить необходимые модификации во время выполнения программ. Специализированные графические функции имеются как для генетического алгоритма, так и для метода прямого поиска. В набор специализированных графических функций входят:

  • графики для отображения значений функции,
  • гистограмма оценки эффективности,
  • генеалогический график,
  • показатель соответствия,
  • расчетные значения функций.

Кроме того, есть возможность совмещения графиков, выделение отдельных графиков для более тщательного анализа и введение собственных графических отображений пользователя.

Возможности использования выводимых функций включают в себя:

  • запись результатов в файл,
  • формирование собственных критериев останова,
  • создание собственных графических интерфейсов для управления программами решателей в данном тулбоксе.

Так же имеется возможность экспорта алгоритмических опций выполненных задач с последующим их импортом в графический интерфейс.

Динамическая визуализация, полученная во время выполнения оптимизации заданной функция. Использована специализированная система графиков инструментария генетического алгоритма. Для получения увеличенного обзора необходимо кликнуть мышкой на картинку.

Системные требования

Требования к программному обеспечению
  • Требуется MATLAB
  • Требуется Optimization Toolbox
Наличие необходимой версии.

Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox доступны для следующих платформ:

Операционная системаВерсия продукта
HP-UX 111.0.2
Linux1.0.2
Linux x86-641.0.2
Mac OS X1.0.2
Solaris1.0.2
Windows1.0.2

Далее приводится краткое описание общесистемных требований для
  • Microsoft Windows
  • UNIX/Linux
  • Macintosh
Microsoft Windows
Общесистемные требования для Microsoft Windows

Системное требование - Release 14
  • Service Pack 1
  • Windows
Общие требования
  • CD-ROM drive (для установки)
  • Netscape Navigator 4.0 и выше или Microsoft Internet Explorer 4.0 и выше или Mozilla 1.x
  • Adobe Acrobat Reader 3.0 или выше (необходим для просмотра и печати MATLAB документации в режиме онлайн в формате PDF)
  • Необходимы некоторые типы лицензий для работы с сервером FLEXlm 9.2, что разрешает работу с инсталлятором MathWorks:
  • TCP/IP требуется для всех платформ при работе с лицензионным сервером.
Особенности Windows

Операционная система Процессор Пространство на диске RAM
XP (Service Pack 1 or 2) Pentium III, IV, Xeon, Pentium M, AMD Athlon, Athlon XP, Athlon MP 340 MB (MATLAB ONLY with Help)* 256 MB
512 MB (рекомендуется)
2000 (Service Pack 3 or 4)
NT 4.0 (Service Pack 5 или 6a)

* Требование по свободному пространству на диске зависит от размера сегментов. Установщик MATLAB сам выдаст информацию по размеру необходимого свободного пространства на диске. Размер файла инсталляции определяется самим установщиком и зависит типа форматирования NTFS или FAT.

Disk space requirement varies depending on size of partition. The installer will inform you of the hard disk space requirement for your particular partition. Installation size will be determined by the installer and can vary for NTFS and FAT formats.

Компилятор
(для МЕХ-файлов)
(Смотри последнюю информацию поставщика по версиям поддерживаемых компиляторов)

Графика
Графический адаптер, поддерживающий 16-, 24- или 32- битную OpenGL.

Другие рекомендуемые пункты
  • Карта графического ускорителя, поддерживаемого MS Windows.
  • Принтер, поддерживаемый MS Windows.
  • Звуковая карта, поддерживаемая MS Windows.
  • Office 2000, Office XP или Office 2003, что необходимо для работы с MATLAB Notebook, MATLAB Excel Builder и/или Excel Link.

UNIX/Linux

Системные требования - Release 14
  • Service Pack 1
  • UNIX/Linux
Общие требования
  • CD-ROM drive (для установки)
  • Netscape Navigator 4.0 и выше или Microsoft Internet Explorer 4.0 и выше или Mozilla 1.x
  • Adobe Acrobat Reader 3.0 или выше (необходим для просмотра и печати MATLAB документации в режиме онлайн в формате PDF)
  • Необходимы некоторые типы лицензий для работы с сервером FLEXlm 9.2, что разрешает работу с инсталлятором MathWorks:
  • TCP/IP требуется для всех платформ при работе с лицензионным сервером.
Требования к UNIX/Linux - 32 - битная Операционная среда.

Операционная система Процессор Пространство на диске RAM
Sun Solaris 2.8 SPARC
ULTRA
335 MB (только для MATLAB с Help) 256 MB
512 MB (рекомендуется)
64 MB пространство для свопинга
Sun Solaris 2.9
HP-UX 11.0 PA-RISC 2.0
HP-UX 11.i
Linux - built использующий Kernel 2.4.x и glibc (glibc6) 2.2.5 Pentium III, IV
AMD Opteron**,
AMD Athlon,
Athlon XP,
Athlon MP1
Linux Kernel 2.4.x и glibc (glibc6) 2.3.2
Linux Kernel 2.6.x и glibc (glibc6) 2.3.2

Выполнение MATLAB в 32-битной эмуляционной моде.

Требования к 64-битной операционной среде UNIX/Linux

Операционная система Процессор Пространство на диске RAM
Встроенный Linux с использованием Kernel 2.4.x и glibc (glibc6) 2.3.2 AMD64 -
AMD Opteron,
AMD Athlon 64
Intel EM64T
270 MB (MATLAB ONLY with Help) 256 MB
512 MB (рекомендуется)
64 MB пространство для свопинга

Компилятор
(для МЕХ - файлов)

(Смотри последнюю информацию поставщика по версиям поддерживаемых компиляторов)

Графика
  • Адаптер с 16-битной графикой или выше и дисплей (24-битный рекомендуется)
  • 24 - битный графический дисплей для Sun Solaris
Другие рекомендуемые пункты
  • Принтер с шрифтами Postscript
  • Карта графического ускорителя.

Macintosh

Общие требования
  • CD-ROM drive (для установки)
  • Netscape Navigator 4.0 и выше или Microsoft Internet Explorer 4.0 и выше или Mozilla 1.x
  • Adobe Acrobat Reader 3.0 или выше (необходим для просмотра и печати MATLAB документации в режиме онлайн в формате PDF)
  • Необходимы некоторые типы лицензий для работы с сервером FLEXlm 9.2, что разрешает работу с инсталлятором MathWorks:
  • TCP/IP требуется для всех платформ при работе с лицензионным сервером.
Требования к Macintosh

Операционная система Процессор Пространство на диске RAM
Mac OS X 10.3.2
Mac OS X 10.3.4 (Panther)
PowerMac G4
PowerMac G5
220 MB (MATLAB ONLY с Help) 256 MB
512 MB (рекомендуется)
64 MB пространство для свопинга

Компилятор
(для МЕХ - файлов)

(Смотри последнюю информацию поставщика по версиям поддерживаемых компиляторов)

Графика
  • Адаптер с 16-битной графикой или выше и дисплей (24-битный рекомендуется)
  • X11 (X сервер) для Mac OS X*
  • Apple только с поддержкой X11 для Mac OS X 10.3 и версии выше.
Другие рекомендуемые пункты
  • Принтер с шрифтами Postscript
Допустимые версии

Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox допускается на следующих платформах

Операционная системаВерсия продукта
HP-UX 111.0.2
Linux1.0.2
Linux x86-641.0.2
Mac OS X1.0.2
Solaris1.0.2
Windows1.0.2

MathWorks: Documentation (Release 14) \ Genetic Algorithm and Direct Search Toolbox


Поиск по сайту:

Система Orphus

Яндекс.Метрика