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使用Lingo求解最优化问题
时间: 2024-05-13浏览次数:
Lingo是一款求解最优化问题的软件,可以用于求解非线性规划,也可以用于一些线性和非线性方程组的求解等,功能十分强大,是求解优化模型的最佳选择。首先介绍一下什么是最优化问题。最优化问题,即在所有可行的方案中选出使得目标最优的方案的实际问题。优化问题的三要素是:决策变量约束条件目标函数根据决策变量取

Lingo是一款求解最优化问题的软件,可以用于求解非线性规划,也可以用于一些线性和非线性方程组的求解等,功能十分强大,是求解优化模型的最佳选择。



首先介绍一下什么是最优化问题。

最优化问题,即在所有可行的方案中选出使得目标最优的方案的实际问题。

优化问题的三要素是:

  • 决策变量
  • 约束条件
  • 目标函数


\\min/ \\max f(x)\\\\ s.t. g_i(x)\\leq0,i=1,\\dots,m_1\\\\  h_j(x)=0,j=1,\\dots,m_2\\\\  f:D \\rightarrow R,D \\subseteq R^n




根据决策变量取值情况不同,分为连续型离散型

根据有无约束条件分为无约束优化带约束优化

根据处理思想方法不同,分为数学规划(函数优化问题)、组合优化、图论与网络流、动态规划、目标优化、模糊优化、随机优化、对策与决策……


\\min=2x_1+3x_2\\\\ s.t. x_1+x_2 \\geq 350\\ x_1 \\geq 100\\\\ 2*x_1+x_2 \\leq 600


求解这样一个问题,只需直接输入如下代码,写法基本与数学公式一直,不用改写成标准形式

min=2*x1+3*x2;
x1+x2>=350;
x1>=100;
2*x1+x2<=600;

点击 图标运行:



可以看到直接识别出了问题类型,并找到了全局最优解。



@free: 可正可负(默认大于等于0)
@gin:整数

?一定要在Lingo选项->求解非线性菜单中勾选二次规划识别!!否则会按照INLP问题求解,只能得出局部最优解。



max=98*x1+277*x2-x1^2-0.3*x1*x2-2*x2^2;
x1+x2<=100;
x1<2*x2;
@gin(x1);@gin(x2);



  • 算数运算符 + - * / ^
  • 关系运算符 <(=)=>(=)
  • 逻辑运算符
  • 否定 #NOT#
  • 相等 #EQ#
  • 不等 #NE#
  • 与 #AND#
  • 或 #OR#
  • 大于 #GT#
  • 大于等于 #GE#
  • 小于等于 #LE#
  • 小于 #LT#
  • @ABS(x) 绝对值
  • @SIN(x),@COS(x) ... 三角函数
  • @EXP(x) 返回 e^x
  • @LOG(x) 自然对数
  • @SIGN(x) x<0返回-1;否则返回1
  • @FLOOR(x) 返回x靠近0的整数部分,如@FLOOR(1.2)=1,@FLOOR(-2.3)=-2
  • @fpa(r,n)=\\sum_{k=1}^n{\\frac{1}{\\left( 1+r \\right) ^k}=}\\frac{1-\\left( 1+r \\right) ^{-n}}{r}
  • @fpl(r,n)=\\left( 1+r \\right) ^{-n}
  • @pbn(p,n,x) 二项分布
  • @pcx(n,x) 卡方分布
  • @pfd(n,d,x) F分布
  • ……

Lingo变量默认是非负的

  • @bin(x) x=0或1
  • @bnd(L,x,U) L \\le x \\le U
  • free(x) 实数
  • @gin(x) 整数

@IF(logical_condition,true_result,false_result)

例:分段函数

f\\left( x \\right)=\\begin{cases}100,x>0\\ 2x, x\\le 0\\ \\end{cases}

fx=@if(x #gt# 0,100,2*x)
  • @in(set_name,index_1[,index_2]) 是否在集合中,返回0/1
  • @wrap(index,limit) 取模,返回 j=index-k*limit=index(mod limit) +1, k为整数,保证j在[1, limit]内
  • @size(set_name) 集合成员个数
  • @FOR(set_name:constraint_expressions) 对每个元素生成约束
  • @MAX(set_name:expressions) 表达式的最大值
  • @MIN(set_name:expressions) 表达式的最小值
  • @SUM(set_name:expressions) 表达式的和
例:产生序列{1,4,9,16,25}
model: sets: number/1..5/:x; endsets @for(number(i):x(i)=i^2); end
例:
matlab s=@sum(number(i)|i#le# 5: x); !前5个求和 m=@min(number(i)|i#ge# 5: x); !5个之后的最小值


  • @OLE excel表格读取
  • @file
  • @text
  • @status()
  • 0 Global Optimum 全局最优
  • 1 Infeasible 不可行
  • 2 Unbounded 无界
  • 3 Undetermined 不确定
  • 4 Feasible 可行
  • 5 Infeasible or Unbounded
  • 6 Local Optimum 局部最优
  • 7 Locally Infeasible 局部不可行(可行解可能存在,但lingo没找到)
  • 8 Cutoff 目标函数的截断值被达到
  • 9 Numeric Error 算数错误
  • 尽量使用实数优化,减少整数约束和整数变量
  • 尽量使用光滑优化,少用绝对值、符号函数、多变量求最大/最小值、四舍五入、取整等
  • 尽量使用线性模型,x/y<5改为x<5y
  • 合理设置上下界,尽可能给出变量初始值
  • 参数数量级适当,不同参数数量级差距一般要求小于3


原文地址:

最优化问题求解及Lingo教程


ps. 知乎的markdown支持也太差了吧,公式识别不了,图片屡屡上传失败,这点真该跟隔壁csdn学学


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