И 2 не подходят для оптимизации.
Метод Ньютона.
- один постоянный член любой точки данной функции является оптимальным – тривиальный случай;- линейная функция (двучлен)

(возможно бесконечное уменьшение и увеличение)
- трехчлен

;

без ограничения общности можно положить что матрица q – симметричная 
Разложим функцию в ряд Тейлора (должно быть 3 члена). Чтобы найти линейный член квадратичной функции, надо взять grad.

;
; С = 0
Найдем матрицу Гесса (матрица вторых частных производных)

элемент матрицы Гесса является элементом функции Q.
(все частные производные высших порядков равны 0).
Функция экстремальна, если grad в данной точке равен 0,
следовательно условие экстремальности
- система.
Необходимое условие оптимальности:
Если
решение данной системы существует и оно единственное (совместная система).
Если
решение данной системы существует и оно единственное, т.е. если Q знакоопределена, то существует решение и оно единственное.
Если имеем квадратичную функцию и матрица положительно определена, то линии уровня – эллипсы.
Собственные значения определяют оси эллипсов.
![]() |



Чтобы определить координаты точки локального минимума, нужно решить систему
.
Пусть f(x) – произвольная функция и надо найти точку локального минимума. Разложим функцию в ряд Тейлора в окрестности точки.

Пусть функция не квадратичная, эллипсы примерно отражают кривизну линий уровня и находятся в окрестности точки
. В окрестности точки
находим приближение и заменяем эту функцию квадратичной функцией, которая получается из разложения в ряд Тейлора. Далее решаем задачу минимизации.
Находим точку минимума и рассматриваем эту точку как следующее приближение и т.д.
Для нахождения точки минимума квадратичной функции (зависит от
)необходимо решить систему:

Окончательно следующее приближение
.
- формула Ньютона
(обобщение формулы минимизации одной переменной)
Выполнение метода останавливается когда
, т.е. когда
очень мало. Для получения практической точности достаточно выполнить 4 итерации метода Ньютона.
Если f – хороша, то метод Ньютона подходит, если f – квадратичная функция, то метод Ньютона приводит к минимальной точке за 1 шаг, из любой точки.
Недостатки:
- на каждом шаге итерации надо находить решение системы
; - С ростом числа итераций Н – разрежается, т.е. большое число членов становится равными 0.
Все формулы безусловной минимизации можно записать в общую схему:
- выбор направления;
- выбор шага.
|
- приближение в точке локального минимума, чтобы приблизиться к искомой точке . Мы должны выбрать направление, в конце получим локальную линию.
|
Допустим, требуется f(x)àmin;
- начальное приближение;
- текущее приближение






а) выбор направления
;
б) движение вдоль выбранного направления 
Задачи оптимизации с ограничениями – разностями (ЗОР)

Пример:
Функции заданы аналитическим выражением 
можно разрешить относительно одной из переменных 

можно исключить из f и
, подставив вместо нее
:


Тогда,
- задача безусловной оптимизации. Находим
вычисляем 
