JP3845029B2 - Nonlinear optimal solution search system - Google Patents
Nonlinear optimal solution search system Download PDFInfo
- Publication number
- JP3845029B2 JP3845029B2 JP2002046845A JP2002046845A JP3845029B2 JP 3845029 B2 JP3845029 B2 JP 3845029B2 JP 2002046845 A JP2002046845 A JP 2002046845A JP 2002046845 A JP2002046845 A JP 2002046845A JP 3845029 B2 JP3845029 B2 JP 3845029B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- search
- point
- function
- value
- optimal solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Complex Calculations (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、囲い込み処理によって関数の最小/最大点を含む区間を求め、最小/最大解探索処理によって求められた区間における最小/最大値を求める直線探索法に基づく制御プログラムを有し、この制御プログラムを用いてコンピュータを動作させることにより、非線形最適解を探索する非線形最適解探索装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図10(a)は、従来の囲い込み法の処理のフローチャートであり、図10(b)は、従来の囲い込み法の処理概念の説明図である。この従来の囲い込み法は、ある最小点を持つ関数f(x)があり、基準点x0および基準点x0での関数値f(x0)が小さくなる方向ベクトルdがわかっているとき、x0からx0の値を関数値f(x0)が小さくなる方向dに可変させたときに、x0を基準点としてf(x)の最小値を含む区間を求める方法である。
【0003】
ここで、図10(b)に示したフローチャートにより、従来の囲い込み法を用いて、最小点を含む区間を求める方法について簡単に説明する。まず、初期化手順を実施する。初期化手順は、基準点をx0とし、そのときの関数値をf0(=f(x0))とし、ステップ幅αは正の実数とし、ステップ幅の増加係数Mは1より大きい実数とする。また、xがx0から増加する場合にf(X)の値が増加するときは、d=−1とし、逆に、xがx0から増加する場合にf(X)の値が減少するときは、d=1とする。つぎに、xを可変させる処理手順を実施する。この処理手順は、まず、xを、x0を基準としてf(x)の値が小さくなる方向にαだけ可変し(x1=x0+α×d)、このx1における関数値をf1(=f(x1))とする。このとき、f1とf0に関し、f1<f0ならば、αをM倍(α=α×M)するとともに、M倍したαを用いてxの値をα・dだけ変化させ、処理を続ける。また、f1>f0ならば処理を終了する。最終的に処理が終了したときに得られたαから、最小点を含む区間[x0,x0+α]が求められる。なお、囲い込み法の反復回数は、初期ステップ幅αおよび増加係数Mに依存する。また、最大点を求める場合は、dの符号が逆になり、終了条件がf1<f0となることを除けば同様に求めることができる。
【0004】
図11(a)は、黄金分割法の処理のフローチャートであり、図11(b)は、黄金分割法の処理概念の説明図である。黄金分割法とは、ある最小点を持つ関数f(x)があり、最小点を含む区間[a,b]が既知の時、区間[a,b]内に存在するf(x)が最小となる点xを求める方法である。
【0005】
つぎに、図11(a)に示したフローチャートにより、区間[x1,x2]内の最小点を、黄金分割法を用いて求める方法について簡単に説明する。まず、初期化手順を実施する。初期化手順としては、まず、最小点を含む区間[x1,x2]を設定し、例えば、黄金分割比Fを、F=(50.5−1)/(50.5+1)に設定する。なお、最小点を含む区間[x1,x2]は、他の方法(例えば前述の囲い込み法)によりあらかじめ分かっているものとする。つぎに、xを可変させる処理手順を実施する。この処理手順では、x1、x2、Fを用い、区間[x1,x2]の幅を逐次、狭めていく。具体的には次式により、x1'、x2'を求める。
x1'=x1+F×(x2−x1)
x2'=x2−F×(x2−x1)
x1'は区間[x1,x2]を(50.5−1):2に内分する点であり、x2'は区間[x1,x2]を2:(50.5−1)に内分する点である。
【0006】
つぎにx1'、x2'における関数値f(x1')、(x2')を、それぞれf1'、f2'としたときに、f1'>f2'ならばx1=x1'とし、f1'≦f2'のときは、x2=x2'として区間の幅を片方ずつ狭めていく。最後に|x1−x2|を収束判定に用い、目的とする最小値を求める。また、最大点を求める場合についても、囲い込み法と同様に、比較条件の符号の向きを逆にすることで同様に求めることができる。なお、黄金分割法の反復回数は、区間[x1,x2]の両端の関数値f(x1)、f(x2)の絶対値の差および収束判定誤差に依存する。
【0007】
図12は、従来の直線探索法のフローチャートを示したものである。従来の直線探索法においては、まず図10に示した従来の囲い込み法により、最小/最大点を含む区間[a,b]を求め、つぎに図11に示した黄金分割法により区間[a,b]内に存在する最小/最大点を求めている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、囲い込み法、黄金分割法は共に反復法であり、ある最小/最大化問題の対象となる関数において、十分な精度の最小/最大解を得るには、通常十数回〜数百回程度の反復計算が必要であるといわれている。
【0009】
熱流体・構造・電磁界など電機機器等に対し自動的に設計最適化を実行する機能を備えた設計最適化装置においては、制御対象の計測データから、制御対象の状態を最適に設定するための最適解を探索し、制御対象を制御することが行われるが、従来の技術では、探索1回あたりの反復計算時間が大きく、また、反復計算時間にばらつきがあり、制御が安定しないという欠点があった。
【0010】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、非線形最適化問題における探索時間の短縮化と安定化を可能とする非線形最適解探索装置を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる非線形最適解探索装置は、関数fの最小点を含む区間を求める囲い込み処理手段と、前記囲い込み処理手段によって求められた前記区間における前記関数fの最小値を求める最小解探索手段と、少なくとも前記囲い込み処理手段および前記最小解探索手段として機能する制御プログラムを保持する記憶手段と、前記記憶手段に保持された制御プログラムをコンピュータ動作させる制御手段と、を具備し、前記制御手段の制御に基づいて前記関数fにおける非線形最適解を探索する非線形最適解探索装置において、前記囲い込み処理手段は、前記区間の一方の端点を基準点aとし、探索方向ベクトルd、該基準点aからの探索方向へのステップ幅αおよび該ステップ幅αを増減させるための1より大きい複数個の増減係数Mを前記記憶手段に保持し、前記基準点aに前記ステップ幅αを加えた点から前記記憶手段に保持された複数個の増減係数Mのうちの一つを用いて該ステップ幅αを増加させることにより算出した関数値が、該基準点aの関数値f(a)を初めて上回ったときに、該上回った関数値および該上回った関数値を出力させる探索点を該記憶手段に保持し、一つの増減係数Mについての当該探索点を求める処理を1回の囲い込み処理とするときに、該1回の囲い込み処理が終了する度にステップ幅αを該探索点の直前の探索点に復帰させ、かつ、前記記憶手段に保持された複数個の増減係数Mをその値が漸減する方向に順次読み出しつつ、当該増減係数Mごとに前記囲い込み処理を繰り返し実行し、前記基準点aにおける関数値f ( a ) と最後に読み出された増減係数Mについて求められた探索点における関数値との偏差が所定値以下となったときの該探索点を他方の端点bとして求め、前記最小解探索手段は、前記求められた区間[a,b]内に存在する最小値を探索することを特徴とする。
【0012】
この発明によれば、囲い込み処理手段は、区間の一方の端点を基準点aとし、探索方向ベクトルd、基準点aからの探索方向へのステップ幅αおよびステップ幅αを増減させるための1より大きい複数個の増減係数Mを記憶手段に保持し、基準点aにステップ幅αを加えた点から記憶手段に保持された複数個の増減係数Mのうちの一つを用いてステップ幅αを増加させることにより算出した関数値が、基準点aの関数値f(a)を初めて上回ったときに、上回った関数値および上回った関数値を出力させる探索点を記憶手段に保持し、一つの増減係数Mについての当該探索点を求める処理を1回の囲い込み処理とするときに、1回の囲い込み処理が終了する度にステップ幅αを探索点の直前の探索点に復帰させ、かつ、記憶手段に保持された複数個の増減係数Mをその値が漸減する方向に順次読み出しつつ、当該増減係数Mごとに囲い込み処理を繰り返し実行し、基準点aにおける関数値f ( a ) と最後に読み出された増減係数Mについて求められた探索点における関数値との偏差が所定値以下となったときの探索点を他方の端点bとして求めることができる。また、最小解探索手段は、得られた区間[a,b]内に存在する最小値を探索することができる。
【0013】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、上記の発明において、前記囲い込み処理手段は、各1回の囲い込み処理中に、探索点の間隔が徐々に大きくなるステップ幅となるように増減係数Mを用いてステップ幅を増加させることを特徴とする。
【0014】
この発明によれば、囲い込み処理手段は、各1回の囲い込み処理中に、探索点の間隔が徐々に大きくなるステップ幅となるように増減係数Mを用いてステップ幅を増加させることができる。
【0015】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、上記の発明において、前記囲い込み処理手段は、基準点aの関数値f(a)と同じ値を最初に超える探索点x1と、この探索点x1の直前の探索点x2との間に、f(x1)<f(a)<f(x2)の関係が得られたとき、x1、x2、f(x1)、f(x2)から1次式g(x)を作成し、g(x3)=f(a)となる探索点x3を次回探索の開始点とするとともに、最終的に得られた探索点x3を他方の端点bとすることを特徴とする
【0016】
この発明によれば、囲い込み処理手段は、基準点aの関数値f(a)と同じ値を最初に超える探索点x1と、この探索点x1の直前の探索点x2との間に、f(x1)<f(a)<f(x2)の関係が得られたとき、x1、x2、f(x1)、f(x2)から1次式g(x)を作成し、g(x3)=f(a)となる点x3を前記次回探索の開始点とするとともに、最終的に得られた探索点x3を他方の端点bとすることができる。
【0017】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、上記の発明において、前記最小解探索手段は、区間[a,b]内の任意の3点から放物線近似による2次近似式を作成し、該2次近似式の1階微分が0となる近似最小点を求めることを特徴とする。
【0018】
この発明によれば、最小解探索手段は、区間[a,b]内の任意の3点から放物線近似による2次近似式を作成し、該2次近似式の1階微分が0となる近似最小点を求めることができる。
【0019】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、上記の発明において、前記最小解探索手段は、区間[a,b]内の任意の3点以上から最小2乗法による2次近似式を作成し、該2次近似式の1階微分が0となる近似最小点を求めることを特徴とする。
【0020】
この発明によれば、最小解探索手段は、区間[a,b]内の任意の3点以上から最小2乗法による2次近似式を作成し、該2次近似式の1階微分が0となる近似最小点を求めることができる。
【0021】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、上記の発明において、前記囲い込み処理手段は、探索方向ベクトルdを勾配法を用いて求めることを特徴とする。
【0022】
この発明によれば、囲い込み処理手段は、探索方向ベクトルdを勾配法を用いて求めることができる。
【0023】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、上記の発明において、前記関数f(x)の代わりにペナルティ係数γを付加した目的関数U(x,γ)を用い、探索の際にペナルティ係数γを段階的に大きくすることを特徴とする。
【0024】
この発明によれば、関数f(x)の代わりにペナルティ係数γを付加した目的関数U(x,γ)を用い、探索の際にペナルティ係数γを段階的に大きくすることができる。
【0025】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、関数fの最大点を含む区間を求める囲い込み処理手段と、前記囲い込み処理手段によって求められた前記区間における前記関数fの最大値を求める最大解探索手段と、少なくとも前記囲い込み処理手段および前記最大解探索手段として機能する制御プログラムを保持する記憶手段と、前記記憶手段に保持された制御プログラムをコンピュータ動作させる制御手段と、を具備し、前記制御手段の制御に基づいて前記関数fにおける非線形最適解を探索する非線形最適解探索装置において、前記囲い込み処理手段は、前記区間の一方の端点を基準点aとし、探索方向ベクトルd、該基準点aからの探索方向へのステップ幅αおよび該ステップ幅αを増減させるための1より大きい複数個の増減係数Mを前記記憶手段に保持し、前記基準点aに前記ステップ幅αを加えた点から前記記憶手段に保持された複数個の増減係数Mのうちの一つを用いて該ステップ幅αを増加させることにより算出した関数値が、該基準点aの関数値f(a)を初めて下回ったときに、該下回った関数値および該下回った関数値を出力させる探索点を該記憶手段に保持し、一つの増減係数Mについての当該探索点を求める処理を1回の囲い込み処理とするときに、該1回の囲い込み処理が終了する度にステップ幅αを該探索点の直前の探索点に復帰させ、かつ、前記記憶手段に保持された複数個の増減係数Mをその値が漸減する方向に順次読み出しつつ、当該増減係数Mごとに前記囲い込み処理を繰り返し実行し、前記基準点aにおける関数値f ( a ) と最後に読み出された増減係数Mについて求められた探索点における関数値との偏差が所定値以下となったときの該探索点を他方の端点bとして求め、前記最大解探索手段は、前記求められた区間[a,b]内に存在する最大値を探索することを特徴とする。
【0026】
この発明によれば、囲い込み処理手段は、区間の一方の端点を基準点aとし、探索方向ベクトルd、基準点aからの探索方向へのステップ幅αおよびステップ幅αを増減させるための1より大きい複数個の増減係数Mを記憶手段に保持し、基準点aにステップ幅αを加えた点から記憶手段に保持された複数個の増減係数Mのうちの一つを用いて該ステップ幅αを増加させることにより算出した関数値が、基準点aの関数値f(a)を初めて下回ったときに、下回った関数値および下回った関数値を出力させる探索点を記憶手段に保持し、一つの増減係数Mについての当該探索点を求める処理を1回の囲い込み処理とするときに、1回の囲い込み処理が終了する度にステップ幅αを探索点の直前の探索点に復帰させ、かつ、記憶手段に保持された複数個の増減係数Mをその値が漸減する方向に順次読み出しつつ、当該増減係数Mごとに囲い込み処理を繰り返し実行し、基準点aにおける関数値f ( a ) と最後に読み出された増減係数Mについて求められた探索点における関数値との偏差が所定値以下となったときの該探索点を他方の端点bとして求めることができる。また、最大解探索手段は、得られた区間[a,b]内に存在する最大値を探索することができる。
【0027】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、上記の発明において、囲い込み処理手段は、各1回の囲い込み処理中に、探索点の間隔が徐々に大きくなるステップ幅となるように増減係数Mを用いてステップ幅を増加させることを特徴とする。
【0028】
この発明によれば、囲い込み処理手段は、各1回の囲い込み処理中に、探索点の間隔が徐々に大きくなるステップ幅となるように増減係数Mを用いてステップ幅を増加させることができる。
【0029】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、上記の発明において、前記囲い込み処理手段は、基準点aの関数値f(a)と同じ値を最初に小さくなる探索点x1と、この探索点x1の直前の探索点x2との間に、f(x1)<f(a)<f(x2)の関係が得られたとき、x1、x2、f(x1)、f(x2)から1次式g(x)を作成し、g(x3)=f(a)となる探索点x3を次回探索の開始点とするとともに、最終的に得られた探索点x3を他方の端点bとすることを特徴とする
【0030】
この発明によれば、囲い込み処理手段は、基準点aの関数値f(a)と同じ値を最初に小さくなる探索点x1と、この探索点x1の直前の探索点x2との間に、f(x1)<f(a)<f(x2)の関係が得られたとき、x1、x2、f(x1)、f(x2)から1次式g(x)を作成し、g(x3)=f(a)となる点x3を前記次回探索の開始点とするとともに、最終的に得られた探索点x3を他方の端点bとすることができる。
【0031】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、上記の発明において、前記最大解探索手段は、区間[a,b]内の任意の3点から放物線近似による2次近似式を作成し、該2次近似式の1階微分が0となる近似最大点を求めることを特徴とする。
【0032】
この発明によれば、最大解探索手段は、区間[a,b]内の任意の3点から放物線近似による2次近似式を作成し、該2次近似式の1階微分が0となる近似最大点を求めることができる。
【0033】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、上記の発明において、前記最大解探索手段は、区間[a,b]内の任意の3点以上から最小2乗法による2次近似式を作成し、該2次近似式の1階微分が0となる近似最大点を求めることを特徴とする。
【0034】
この発明によれば、最大解探索手段は、区間[a,b]内の任意の3点以上から最小2乗法による2次近似式を作成し、該2次近似式の1階微分が0となる近似最大点を求めることができる。
【0035】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、上記の発明において、前記囲い込み処理手段は、探索方向ベクトルdを勾配法を用いて求めることを特徴とする。
【0036】
この発明によれば、囲い込み処理手段は、探索方向ベクトルdを勾配法を用いて求めることができる。
【0037】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置は、上記の発明において、前記関数f(x)の代わりにペナルティ係数γを付加した目的関数U(x,γ)を用い、探索の際にペナルティ係数γを段階的に大きくすることを特徴とする。
【0038】
この発明によれば、関数f(x)の代わりにペナルティ係数γを付加した目的関数U(x,γ)を用い、探索の際にペナルティ係数γを段階的に大きくすることができる。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明にかかる非線形最適解探索装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、これ以後、最小/最大解を求める課題に関し、最小解を求める処理手順に限定して説明していく。前述したように、最大解を求める方法は、探索方向と判定基準が逆になるだけで、考え方および処理手順は同じである。
【0040】
実施の形態1.
(1)囲い込み法の説明
図1は、図10に示した従来の囲い込み法を改良した実施の形態1の囲い込み法の処理手順を示すフローチャートである。また、図2は、横軸が方向ベクトルdであり、ある目的関数f(x)において、初期値をx0(α=0)とし、x0をα1・d、α1'・d、α1''・d、α2''・dと増加させていった場合に、目的関数f(x)がとり得る値の範囲を曲線上に図示したものである。α1'=α1×M、α1''=α1'×M、α2''=α1''×Mの関係にある。なお、従来の囲い込み法では、変数が一つの場合について説明したが、実施の形態1で説明する内容は複数の変数を取り扱うものである。一般的な非線形最適化問題においては、目的関数は多変量関数であるのが普通であり、したがって以下に示すx0、dは多次元ベクトルを意味するものである。
【0041】
つぎに、図1および図2を用いて、実施の形態1の囲い込み法の処理手順を詳細に説明する。まず、初期化手順を実施する(ステップS401)。この初期化手順は、探索方向ベクトルをd、基準点をx0、x0での関数値をf0(=f(x0))、ステップ幅α(正の実数)をα1にそれぞれ初期設定しておくことによりおこなわれる。ここで、探索ベクトルdは、勾配法により求められていることを前提とする。勾配法とは、1変数を含む多変数関数f(x)の最小解を求める場合において、f(x)が小さくなる方向ベクトルdを求める方法であり、準ニュートン法、最急降下法などを使用して求めることができる。また、本発明のステップ幅αとは、基準点x0から各探索点までの幅である。
【0042】
つぎに、増減係数Mの値を設定する(ステップS402)。増減係数Mの値は、最初は大きな値に設定しておき、ステップS402からステップS412までの1つのループが終了する度に、徐々に1に近い値にステップ的に変化(漸減)させる。増減係数Mの初期値は、例えば、M=10程度に設定しておけばよい。この場合は、増減係数Mを例えば10→2→1.1と変化させるようにしている。そして、ステップS405などでの処理の分岐を判定するためのフラグFLGを0に設定する(ステップS403)。なお、フラグFLGは、0か1のどちらかの値をとり得るように設定される。つぎに、基準点x0を方向ベクトルdの方向にα1・dだけ可変し、そのときの関数値f1(=f(x0+α1・d))を求める(ステップS404)。
【0043】
つぎに、FLGの値により、分岐の判定をおこなう(ステップS405)。ステップS403においてFLG=0に設定されているので、最初のステップS405の判定はYesとなり、手順はステップS406aに移行される。
【0044】
ステップS406aにおいては、f1とf0の大小を比較する。f1>f0のときは、FLGを1に設定し(ステップS407)、手順はステップS408の処理に移行される。f1≦f0の場合は、増減係数Mを用いてステップ幅α1の値をM倍(α1=α1・M)する処理を行う(ステップS409a、図2のα1’に対応)。α1が十分大きいか否か(所定の上限値より大きいか否か)を判定する(ステップS410a)。ステップS410aの判定がNoのときは、ステップS404に戻り、M倍したステップ幅α1(=α1・M)を用いて、そのときの関数値f1(=f(x0+α1・d))を求める。このときの関数値f1は、図2のf1’に対応する。つぎに、ステップS405を経由した後、ステップS406aにおいて、再度f1(=f1’)とf0の大小を比較する。そして、f1≦f0の場合は、増減係数Mを用いてステップ幅α1の値をさらにM倍(最初α1から見ればM2倍となる)する処理を行う(ステップS409a、図2のα1''に対応)。このようにして、ステップS406aの比較において、f1>f0が成立するまで、ステップS404〜S410aの手順を繰り返し実行することにより、増減係数Mを用いてステップ幅α1をM倍させる囲い込み探索を実行する。
【0045】
なお、ステップS410aにおいて、ステップ幅α1が十分に大きいと判断されたときは、ステップ幅αを−1にする(ステップS413a)。ステップS413aにおけるα=−1の処理は、勾配法により求められた探索方向のベクトルdが非常に小さい場合、ステップ幅α1を大きくしてもf1>f0の条件が成立せず、解が求められないことを想定して挿入された例外処理のフローである。理論的には、探索の初期段階や、基準点が最小近傍点に位置している場合に起こることが想定されるが、実際にはほとんどないと考えてよい。なお、実際に例外処理が生じた場合には、基準点を選び直すことで、再探索をすればよい。
【0046】
前述したように、ステップS406aにおいて、f1>f0が成立したときは、FLGが1に変更される(ステップS407)。図2の場合は、ステップ幅がα2''のときの関数値f1(=f2'')で、f1>f0が成立している。つぎのステップS408においては、今回の囲い込み処理の最終的な処理結果、すなわち最終的なステップ幅α1(図2の場合はα2'')と、そのときの関数値f1(=f2'')が、保存される(α2=α1、f2=f1)。つぎに、ステップ幅α1を1/Mにすることにより、探索点をf1>f0が成立した最初の点から1つ前の点に戻す(ステップS409b)。この1つ前の点とは、図2においては、α1''に対応している。つぎに、α1が十分小さいか否か(所定の下限値より小さいか否か)を判定し(ステップS410b)、α1が十分小さいと判定されたときは、ステップ幅αを0とする。(ステップS413b)。ステップS413bは、基準点が最小近傍点に存在する場合、α1を小さくしてもf1<f0の条件が成立せず、解が求められないことを想定して挿入された例外処理である。この場合には解が収束したと見なされる。理論的には、基準点が最小近傍点に位置している場合や、探索方向ベクトルdがf(x)の小さくなる方向に向いていない場合が考えられるが、準ニュートン法、最急降下法を用いれば、ほとんど起こり得ない現象であり、これらの手法を併用すれば問題は生じない。
【0047】
ステップS410bの判定がNoのときは、手順はステップS404に移行され、f1>f0が成立した最初の点から1つ前の点(図2のα1'')での関数値f1(=f(x0+α1・d))が求められる。このときの関数値f1は、図2のf1''に対応する。つぎに、ステップS405でFLG=0か否かが判定される。このときには、FLG=1であるので、手順はステップS406bに移行される。そして、ステップS406bにおいて、再度f1(図2の場合はf1'')とf0の大小が比較される。この比較処理では、通常はf1<f0が成立するので、手順はステップS411に移行され、ステップ幅α1を補正する処理が実行される。
【0048】
補正前のステップ幅α1は、前述したように、f1>f0が成立した最初の点から1つ前の点(図2のα1'')に対応する。前述したように、αがα1''からα2''に変化したときに、f1<f0であった関係が、f1>f0の関係に変化している。このとき、このα1''におけるf1''とα2''におけるf2''を結ぶ直線Kの傾きをmとすると、mは次式で表される。
【0049】
【数1】
【0050】
ここで、関数fは、αがα1''とα2''との間で、f0の値をとる場合があり、そのときのαをα1'''とすると、α1''、α2''をとおり、傾きmを持つ直線Kの方程式をg(α)とし、(式1)を活用すると次式で表せる。
【0051】
【数2】
【0052】
αがα1''のときにg(α1'')=f1''の条件を用いると、α1'''は次式で表せる。
【0053】
【数3】
【0054】
また、このときf1''<f0<f2''の関係にあることも、図2から明らかである。
【0055】
ステップS411においては、補正前のステップ幅α1(図2の場合はα1'')を(式3)によって求めたステップ幅α1'''に補正する。このようにして、ステップ幅αの補正処理が終了すると、最後の増減係数Mによるループが終了したか否かが判定される(ステップS412)。増減係数Mを10→2→1.1と変化させる場合は、1.1が最後の増減係数Mである。
【0056】
2回目の囲い込み処理においては、ステップS402において、増減係数Mが1回目よりも小さな値(例えば2)に設定される。そして、2回目の囲い込み処理においては、この減少させた増減係数Mを用いて前述した囲い込み処理が実行される。ただし、2回目の囲い込み処理のスタート点は、ステップS411で補正されたステップ幅α1に対応する点(図2の場合はα1''')となる。そして、このスタート点から、減少させた増減係数Mによる1回目よりも小さな探索点間隔での、探索方向ベクトルdの方向(1回目と同じ)への囲い込み処理が行われる。
【0057】
このような囲い込み処理が、最後の増減係数Mによるループが終了するまで繰り返される。Mの複数回のループが終了すると、最終的に求めるべきαが、α1に設定される(ステップS413c)。この処理によって、基準点x0からf(x)が小さくなる方向にあり、f(x0)≒f(x0+α・d)の関係を有する最小点を含んだ区間[x0,x0+α・d]を求めることができる。
【0058】
ところで、増減係数Mが大きくなると、少ない反復回数でf2''>f0となるf2''を求めることができる。ただしα2''はα1''のM倍なので、最悪f1''とf0が近い値(最小点を挟んで互いに反対側に位置)であれば、f2''はf0に比べて極端に大きな値となる可能性がある。このとき、目的関数が完全な2次式でなければ、近似式の精度は悪くなると推測される。
【0059】
一方、増減係数Mの値を小さくすればf2'を求めるための反復回数は多くなるが、f2''とf0の値が近くなり、近似式の精度が向上する。したがって、上述したように、初めにMを大きくして粗くα1を求め、つぎにMを小さくして細かくα1を求めることで、少ない反復回数で精度よい近似曲線を得ることができる。
【0060】
このように、この改良された囲い込み法においては、ステップ幅αの増減係数Mをある程度大きくして、概略的にf1''<f0<f2''となるα1''、α2''を素早く探索し、その後徐々に増減係数Mを小さくしていくことにより、最終的にf2''≒f0となるαを(式3)から求めることができる。このとき、最小点を含んだ区間[x0,x0+α・d]において、f(x0)≒f(x0+α・d)であり、区間の両端の関数値がほとんど等しいので、後に詳述する2次近似式最小解探索法において、区間の両端の数値が異なることによって生ずる、解の精度の劣化が、起こらないという利点も有している。また、Mの1つのループにおいて、増減係数Mを指数関数的に大きくすることで探索点間隔を徐々に大きくしているので、概略的にf1''<f0<f2''となるα1''、α2''を、能率良く短時間に探索することができる。
【0061】
(2)最小解探索法の説明
図3は、最小2乗法による2次近似式または放物線近似式を用いた最小解探索法の処理の概念図である。同図では、関数f(x)=f(x0+α・d)をαの関数と考え、関数f(α)の最小点を挟む区間[0,α]において、放物線近似あるいは最小2乗法を用いて、区間[0,α]内の4点から2次近似式を得ている。この2次近似式から、下記の(式4)の導出手順に示すように、2次式の1階微分が0となる点から最小点を求めることができる。
【0062】
【数4】
【0063】
なお、上述した2次近似式は、区間[0,α]内の任意の3点以上を使用して導くことができる。また、2次近似式を求める際に、用いる点が少ないと、計算時間が短縮され、逆に用いる点が多くなれば、計算精度を向上させることができる。
【0064】
図4は、2次近似式による最小解探索法の処理手順を示したフローチャートである。この手法は、図2に示した黄金分割法を用いずに、図3に示した最小2乗法による2次近似式または放物線近似式を用いて、最小解を探索する手法である。同図を用いて、処理の流れを説明する。
【0065】
まず、初期化手順を実施する。初期化手順は、f0=f(x0)、f1=f(x0+α・d)とし、分割点数Nを3以上とし、配列変数をaa[1]=0、yy[1]=f0、aa[N]=α、yy[N]=f1とし、さらに、分割区間の幅Δaを、Δa=α/(N−1)とする(ステップS701)。つぎに、ループ変数Iにおける区間[0,α]を(N−1)に分割する各標本点と、その各標本点における、関数値をそれぞれ、aa[I]=Δa×(I−1)およびyy[I]=f(x0+α・d)の式で求める(ステップS702〜S704)。さらに上記で求めたN個の標本点aa[1]、aa[2]、・・・aa[N]と、この各標本点に対応する関数値yy[1]、yy[2]、・・・yy[N]から、2次式y=k0+k1×α2+k2×αの係数k0、k1、k2を最小2乗法による2次近似式または放物線近似式から求める。最後に、この得られたk0、k1、k2を用い、上記2次式yを最小にするαminを、(式4)の計算式を用いて求める(ステップS705)。
【0066】
(3)直線探索法の説明
図5は、図1に示した改良された囲い込み法と、図4に示した2次近似式による最小解探索法とを組み合わせた、2次近似式による最小解/最大解を探索する直線探索法のフローチャートである。図5を用いて、その処理の流れについて簡単に説明する。
【0067】
まず、上述した図1に示す改良された囲い込み法により、ある基準点x0から関数f(x)が小さくなる方向にあって、最小点を含み、f(x0)≒f(x0+α・d)となる区間[x0,x0+α・d]を求める(ステップS801)。つぎに、α=0か否かについて判定する(ステップS802)。α=0の場合は、基準点x0が最小解に一致するときであり、この処理を抜ける。α≠0の場合には、α=−1か否かについて判定する(ステップS803)。α=−1の場合は、上述した例外処理の場合である。この場合は、他の基準点を選び直すためにα=1に設定し直し、この処理から抜ける。α=0、α=−1以外の場合には、上述した図4に示す2次近似式により、区間[x0,x0+α・d]を3点以上で分割し、分割点における関数値を近似した2次近似式から最小解を求める(ステップS805)。
【0068】
(4)非線形最適解探索問題の説明
一般的な非線形最適化問題の定義を(式5)に示す。
【0069】
【数5】
【0070】
(式5)のxは変数ベクトル、f(x)は目的関数、g(x)≦0は不等式制約条件、h(x)=0は等式制約条件である。この場合の非線形最適化問題とは、制約条件g(x)≦0、h(x)=0を満足し、目的関数f(x)が最小となる変数ベクトルxを求める問題である。一方(式6)に、外点ペナルティ法の定義を示す。
【0071】
【数6】
【0072】
(式6)において、γはペナルティ係数、pはペナルティの大きさを制御する1以上の実数であり、逐次的に2次近似を用いる最適化手法では2が用いられる。外点ペナルティ法は、制約条件が存在する場合の最適化問題によく使用されるが、最適解探索の初期にγ=0としてU(x,γ)の最小解を探索し、探索の最中にγを徐々に大きくすることで、U(x,γ)が最小となる変数xを求めていく手法である。
【0073】
図6および図7は、勾配法と図5に示した直線探索法を組み合わせた、最適解探索法の処理を示すフローチャートである。図6は、制約条件が無い場合の最適解探索手法であり、ある最小点を持つ目的関数f(x)が最小となる点xを探索する場合に用いる。図7は、制約条件がある場合の最適解探索手法であり、目的関数f(x)の変わりにペナルティを付加した目的関数U(x,γ)を用い、図6に示した処理手順を活用している。まず、制約条件がない場合の処理手順について、図6を用いて説明する。
【0074】
図6は、制約条件がない場合の非線形最適解探索手法を用いた処理手順を示すフローチャートである。まず、必要な初期化手順を実施する(ステップS901)。つぎに、勾配法を用い、x0近傍において、f(x0)より小さくなる方向dを求める(ステップS902)。勾配法としては、ニュートン法、準ニュートン法、最急降下法等を用いればよい。特に、準ニュートン法、最急降下法を用いれば、前述したように、最適解が求められない場合や、探索方向ベクトルdがf(x)の小さくなる方向に向いていない場合等を回避することが可能である。
【0075】
つぎに、ステップS902の処理で得られたdについて、その値の大小について判定する(ステップS903)。ここで、dが十分小さい場合には、更新された基準点x0が、所望の精度を有する最小解の場合であり、処理を終了する。dが十分小さくない場合は、図5のフローチャートで示した直線探索法の処理をおこない、f(x0+α・d)が最小となるαを求める(ステップS904)。そして、ステップS904で得られたαについて、その大小を判定する(ステップS905)。αが十分小さい場合とは、ステップS903におけるdの判定のときと同様に、更新された基準点x0が所望の精度を有する最小解の場合である。また、αが十分小さくない場合には、基準点x0をx0=x0+α・dで更新し(ステップS906)、ステップS902に戻って処理を繰り返す。
【0076】
つぎに、制約条件がある場合の処理について説明する。図7は、この発明にかかる非線形最適解探索手法を用いた処理手順を示すフローチャートである。まず、ペナルティ係数γを設定し(ステップS1001)、つぎに、図6に示した制約条件がない場合の非線形最適解探索手法において、f(x)を(式6)で示したU(x,γ)で置き換え、図6のステップS903〜S907の処理を繰り返す(ステップS1002)。そして、ペナルティ係数γを徐々に大きくする処理(ステップS1001およびステップS1003)を繰り返すことにより、U(x,γ)が最小となる変数xを真の値に近づけていく。
【0077】
(5)設計最適化装置の説明
図8は、熱流体・構造・電磁界などについての電機機器等に自動的に設計最適化を実行する機能を備えた設計最適化装置のブロック図である。この設計最適化装置は、上述した反復的な近似的直線探索法を用いている。同図において、11は制御計算装置(コンピュータ)を、12はCPU(Central Processing Unit)を、13は入力装置を、14は出力装置を、15はメモリを、16aは制御プログラムを、16bは制御データを、17はI/F装置を、18は計測装置を、19は制御対象を、それぞれ示している。
【0078】
この制御計算装置11は、メモリ15内に、上述した反復的な近似的直線探索法を用いた非線形最適解探索手法を備えた制御プログラム16aを格納している。また、制御計算装置11は、計測装置18から制御対象19の計測結果を受信し、且つ制御プログラム16aの制御対象変更指示信号を、I/F装置17を介して計測装置18へ伝達する。計測装置18は、制御対象19の計測データを制御計算装置11へ伝達する手段と、制御計算装置11から受信した制御対象19への変更指示信号にしたがって、制御対象19の計測条件や制御条件などを変更する機能を有している。
【0079】
この、近似的直線探索法を用いた設計最適化装置によれば、まず、制御計算装置11の入力装置で、(式6)に基づく目的関数、設計変数、制約条件を入力し、メモリ15へ格納する。つぎに、制御計算装置11のメモリ15に格納された制御プログラム16aを実行する。同図の制御計算装置11のメモリ15内の制御プログラム16aは、メモリ15内の設計変数、I/F装置17から受信した計測結果を用い、目的関数が最小となる設計変数の候補解を算出し、I/F装置17へ、制御対象変更指示信号を送信する。その信号をI/F装置17を介して受信した計測装置18は、その内容に基づき制御対象19の制御を更新し、再度計測を実施する。この動作を目的関数が最小となるまで自動的に繰り返すことができる。
【0080】
このように、この実施の形態1によれば、制御プログラムが、図6または図7に示す近似的直線探索法を反復的に用いた非線形最適解探索手法を備えたことにより、直線探索1回あたりの反復計算回数を大幅に減らすことにより総反復計算回数を削減できるとともに、増減係数Mを効果的に漸減することにより反復計算回数のばらつきを少なくすることができるので、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間、かつ、安定的に求めることができる。
【0081】
実施の形態2.
図9は、実施の形態2における熱流体・構造・電磁界などについての電機機器等に自動的に設計最適化を実行する機能を備えた設計最適化装置のブロック図であり、この場合は設計最適化の対象を計測対象モデルとしている。この設計最適化装置は、上述した実施の形態1の近似的直線探索法を反復的に用いている。図8に示した装置と同一符号のものは、基本的に同じ装置を表している。図9において、21は制御用計算装置を、12はCPU(Central Processing Unit)を、13は入力装置を、14は出力装置を、15はメモリを、16aは制御プログラムを、16bは制御データを、22aは計測プログラムを、22bは計測データを、23aは解析プログラムを、23bは解析データを、24は制御対象モデルデータを、それぞれ示している。
【0082】
制御計算装置21は、メモリ15内に、近似的直線探索法を反復的に用いた非線形最適解探索手法を備えた制御プログラム16aを格納している。また、メモリ15は、制御プログラム16aのほかに、計測プログラム22aおよび計測データ22b、解析プログラム23aおよび解析データ23bならびに制御対象モデルデータ24が格納されている。ここで、解析プログラム23aは、制御対象モデルデータ24に基づいた熱流体・構造・電磁界などの数値解析を実行する機能を持っている。また、計測プログラム22aは、解析プログラム23aの結果を取得し、制御対象モデルデータ24の形状データ、計算条件などを決定するデータの変更機能を有している。
【0083】
図9の設計最適化装置を使用するには、まず制御計算装置21の入力装置13で、(式5)に基づく目的関数、設計変数、制約条件を入力し、メモリ15へ格納する。つぎに、制御計算装置21のメモリ15に格納された制御プログラム16aを実行する。制御計算装置21のメモリ15内の制御プログラム16aは、メモリ15内の設計変数、計測プログラム22aから受信した計測結果を用い、目的関数が最小となる設計変数の候補解を算出し、計測プログラム22aへ制御対象変更指示信号を送信する。その信号を受信した計測プログラム22aは、その信号に基づき制御対象モデルデータ24を更新し、解析プログラム23aに実行を指示し、解析プログラム23aの解析結果を取得する。そして、この動作を目的関数が最小となるまで自動的に繰り返すことができる。
【0084】
このように、この実施の形態2によれば、制御対象モデルについての設計最適化をおこなうための、制御プログラムが、図7に示す近似的直線探索法を反復的に用いた非線形最適解探索手法を備えたことにより、直線探索1回あたりの反復計算回数を大幅に減らすことにより総反復計算回数を削減できるとともに、増減係数Mを効果的に漸減することにより反復計算回数のばらつきを少なくすることができるので、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間、かつ、安定的に求めることができる。
【0085】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、囲い込み処理手段は、区間の一方の端点を基準点aとし、探索方向ベクトルd、基準点aからの探索方向へのステップ幅αおよびステップ幅αを増減させるための1より大きい複数個の増減係数Mを記憶手段に保持し、基準点aにステップ幅αを加えた点から記憶手段に保持された複数個の増減係数Mのうちの一つを用いてステップ幅αを増加させることにより算出した関数値が、基準点aの関数値f(a)を初めて上回ったときに、上回った関数値および上回った関数値を出力させる探索点を記憶手段に保持し、一つの増減係数Mについての当該探索点を求める処理を1回の囲い込み処理とするときに、1回の囲い込み処理が終了する度にステップ幅αを探索点の直前の探索点に復帰させ、かつ、記憶手段に保持された複数個の増減係数Mをその値が漸減する方向に順次読み出しつつ、当該増減係数Mごとに囲い込み処理を繰り返し実行し、基準点aにおける関数値f ( a ) と最後に読み出された増減係数Mについて求められた探索点における関数値との偏差が所定値以下となったときの探索点を他方の端点bとして求めることができ、最小解探索手段は、得られた区間[a,b]内に存在する最小値を探索することができるので、直線探索1回あたりの反復計算回数を大幅に減らすことにより総反復計算回数を削減でき、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間に求めることができる。
【0086】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、囲い込み処理手段は、各1回の囲い込み処理中に、探索点の間隔が徐々に大きくなるステップ幅となるように増減係数Mを用いてステップ幅を増加させることができるので、直線探索1回あたりの反復計算回数を減らすことにより総反復計算回数を大幅に削減でき、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間に求めることができる。
【0087】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、囲い込み処理手段は、基準点aの関数値f(a)と同じ値を最初に超える探索点x1と、この探索点x1の直前の探索点x2との間に、f(x1)<f(a)<f(x2)の関係が得られたとき、x1、x2、f(x1)、f(x2)から1次式g(x)を作成し、g(x3)=f(a)となる点x3を前記次回探索の開始点とするとともに、最終的に得られた探索点x3を他方の端点bとすることができるので、直線探索1回あたりの反復計算回数を減らすことにより総反復計算回数を大幅に削減でき、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間に求めることができる。
【0088】
この発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、最小解探索手段は、区間[a,b]内の任意の3点から放物線近似による2次近似式を作成し、該2次近似式の1階微分が0となる近似最小点を求めることができるので、直線探索1回あたりの反復計算回数を減らすことにより総反復計算回数を大幅に削減できるとともに、反復計算回数のばらつきを少なくすることができ、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間、かつ、安定的に求めることができる。
【0089】
この発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、最小解探索手段は、区間[a,b]内の任意の3点以上から最小2乗法による2次近似式を作成し、該2次近似式の1階微分が0となる近似最小点を求めることができるので直線探索1回あたりの反復計算回数を減らすことにより総反復計算回数を大幅に削減できるとともに、反復計算回数のばらつきを少なくすることができ、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間、かつ、安定的に求めることができる。
【0090】
この発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、探索方向ベクトルdを勾配法を用いて求めることができるので、基準点が最小近傍点に存在する場合や、α1を小さくしてもf1<f0の条件が成立しない場合等の、解が求められない状態になるのを避けることができ、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間、かつ、安定的に求めることができる。
【0091】
この発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、関数f(x)の代わりにペナルティ係数γを付加した目的関数U(x,γ)を用い、探索の際にペナルティ係数γを段階的に大きくすることができるので、直線探索1回あたりの反復計算回数を減らすことにより総反復計算回数を大幅に削減できるとともに、反復計算回数のばらつきを少なくすることができ、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間、かつ、安定的に求めることができる。
【0092】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、囲い込み処理手段は、区間の一方の端点を基準点aとし、探索方向ベクトルd、基準点aからの探索方向へのステップ幅αおよびステップ幅αを増減させるための1より大きい複数個の増減係数Mを記憶手段に保持し、基準点aにステップ幅αを加えた点から記憶手段に保持された複数個の増減係数Mのうちの一つを用いて該ステップ幅αを増加させることにより算出した関数値が、基準点aの関数値f(a)を初めて下回ったときに、下回った関数値および下回った関数値を出力させる探索点を記憶手段に保持し、一つの増減係数Mについての当該探索点を求める処理を1回の囲い込み処理とするときに、1回の囲い込み処理が終了する度にステップ幅αを探索点の直前の探索点に復帰させ、かつ、記憶手段に保持された複数個の増減係数Mをその値が漸減する方向に順次読み出しつつ、当該増減係数Mごとに囲い込み処理を繰り返し実行し、基準点aにおける関数値f ( a ) と最後に読み出された増減係数Mについて求められた探索点における関数値との偏差が所定値以下となったときの該探索点を他方の端点bとして求めることができ、また、最大解探索手段は、得られた区間[a,b]内に存在する最大値を探索することができるので、直線探索1回あたりの反復計算回数を大幅に減らすことにより総反復計算回数を削減でき、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間に求めることができる。
【0093】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、囲い込み処理手段は、各1回の囲い込み処理中に、探索点の間隔が徐々に大きくなるステップ幅となるように増減係数Mを用いてステップ幅を増加させることができるので、直線探索1回あたりの反復計算回数を減らすことにより総反復計算回数を大幅に削減でき、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間に求めることができる。
【0094】
つぎの発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、囲い込み処理手段は、基準点aの関数値f(a)と同じ値を最初に小さくなる探索点x1と、この探索点x1の直前の探索点x2との間に、f(x1)<f(a)<f(x2)の関係が得られたとき、x1、x2、f(x1)、f(x2)から1次式g(x)を作成し、g(x3)=f(a)となる点x3を前記次回探索の開始点とするとともに、最終的に得られた探索点x3を他方の端点bとすることができるので、直線探索1回あたりの反復計算回数を減らすことにより総反復計算回数を大幅に削減でき、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間に求めることができる。
【0095】
この発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、最大解探索手段は、区間[a,b]内の任意の3点から放物線近似による2次近似式を作成し、該2次近似式の1階微分が0となる近似最大点を求めることができるので、直線探索1回あたりの反復計算回数を減らすことにより総反復計算回数を大幅に削減できるとともに、反復計算回数のばらつきを少なくすることができ、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間、かつ、安定的に求めることができる。
【0096】
この発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、最大解探索手段は、区間[a,b]内の任意の3点以上から最小2乗法による2次近似式を作成し、該2次近似式の1階微分が0となる近似最大点を求めることができるので直線探索1回あたりの反復計算回数を減らすことにより総反復計算回数を大幅に削減できるとともに、反復計算回数のばらつきを少なくすることができ、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間、かつ、安定的に求めることができる。
【0097】
この発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、囲い込み処理手段は、探索方向ベクトルdを勾配法を用いて求めることができるので、基準点が最小近傍点に存在する場合や、α1を小さくしてもf1<f0の条件が成立しない場合等の、解が求められない状態になるのを避けることができ、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間、かつ、安定的に求めることができる。
【0098】
この発明にかかる非線形最適解探索装置によれば、関数f(x)の代わりにペナルティ係数γを付加した目的関数U(x,γ)を用い、探索の際にペナルティ係数γを段階的に大きくすることができるので、直線探索1回あたりの反復計算回数を減らすことにより総反復計算回数を大幅に削減できるとともに、反復計算回数のばらつきを少なくすることができ、従来の設計手法では得られなかった近似的最良設計解を短時間、かつ、安定的に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1の囲い込み法の処理手順を示すフローチャートである。
【図2】 α1の補正処理を示す概念図である。
【図3】 最小2乗法による2次近似式または放物線近似式を用いた最小解探索法の処理の概念図である。
【図4】 2次近似式による最小解探索法の処理手順を示したフローチャートである。
【図5】 図1に示した改良された囲い込み法と、図4に示した2次近似式による最小解探索法とを組み合わせた、2次近似式による最小解/最大解を探索する直線探索法のフローチャートである。
【図6】 制約条件が無い場合の、勾配法と図5に示した直線探索法を組み合わせた最適解探索法の処理を示すフローチャートである。
【図7】 制約条件がある場合の、勾配法と図5に示した直線探索法を組み合わせた最適解探索法の処理を示すフローチャートである。
【図8】 実施の形態1における、熱流体・構造・電磁界など電機機器等に自動的に設計最適化を実行する機能を備えた設計最適化装置のブロック図である。
【図9】 実施の形態2における、熱流体・構造・電磁界など電機機器等に自動的に設計最適化を実行する機能を備えた設計最適化装置のブロック図である。
【図10】(a)は従来の囲い込み法の処理のフローチャートであり、(b)は従来の囲い込み法の処理概念の説明図である。
【図11】(a)は黄金分割法の処理のフローチャートであり、(b)は黄金分割法の処理概念の説明図である。
【図12】 従来の直線探索法のフローチャートを示したものである。
【符号の説明】
11 制御用計算装置、12 CPU、13 入力装置、14 出力装置、15 メモリ、16a 制御プログラム、16b 制御データ、17 I/F装置、18 計測装置、19 制御対象、21 制御用計算装置、22a 計測プログラム、22b 計測データ、23a 解析プログラム、23b 解析データ、24 制御対象モデル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention has a control program based on a straight line search method that obtains a section including the minimum / maximum points of a function by an enclosing process and obtains a minimum / maximum value in the section obtained by the minimum / maximum solution search process. The present invention relates to a nonlinear optimum solution search apparatus that searches for a nonlinear optimum solution by operating a computer using a program.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10A is a flowchart of the process of the conventional enclosure method, and FIG. 10B is an explanatory diagram of the process concept of the conventional enclosure method. This conventional enclosing method has a function f (x) having a certain minimum point, and when the direction vector d where the function value f (x0) at the reference point x0 and the reference point x0 becomes small is known, x0 to x0. This is a method for obtaining a section including the minimum value of f (x) with x0 as a reference point when the value of is varied in the direction d in which the function value f (x0) decreases.
[0003]
Here, with reference to the flowchart shown in FIG. 10B, a method for obtaining a section including the minimum point using the conventional enclosing method will be briefly described. First, an initialization procedure is performed. In the initialization procedure, the reference point is x0, the function value at that time is f0 (= f (x0)), the step width α is a positive real number, and the step width increase coefficient M is a real number larger than one. Also, when the value of f (X) increases when x increases from x0, d = −1. Conversely, when the value of f (X) decreases when x increases from x0. , D = 1. Next, a processing procedure for changing x is performed. In this processing procedure, first, x is changed by α in the direction in which the value of f (x) decreases with reference to x0 (x1 = x0 + α × d), and the function value at x1 is changed to f1 (= f (x1)). ). At this time, with respect to f1 and f0, if f1 <f0, α is multiplied by M (α = α × M), and the value of x is changed by α · d using α multiplied by M, and the processing is continued. If f1> f0, the process is terminated. The interval [x0, x0 + α] including the minimum point is obtained from α finally obtained when the processing is completed. Note that the number of iterations of the enclosing method depends on the initial step width α and the increase coefficient M. The maximum point can be obtained in the same manner except that the sign of d is reversed and the end condition is f1 <f0.
[0004]
FIG. 11A is a flowchart of processing of the golden section method, and FIG. 11B is an explanatory diagram of processing concept of the golden section method. The golden section method has a function f (x) having a certain minimum point, and when the interval [a, b] including the minimum point is known, f (x) existing in the interval [a, b] is the minimum. This is a method for obtaining a point x.
[0005]
Next, a method for obtaining the minimum point in the interval [x1, x2] using the golden section method will be briefly described with reference to the flowchart shown in FIG. First, an initialization procedure is performed. As an initialization procedure, first, an interval [x1, x2] including the minimum point is set. For example, the golden division ratio F is set to F = (50.5-1) / (50.5Set to +1). It is assumed that the interval [x1, x2] including the minimum point is known in advance by another method (for example, the above-described enclosure method). Next, a processing procedure for changing x is performed. In this processing procedure, x1, x2, and F are used, and the width of the section [x1, x2] is sequentially narrowed. Specifically, x1 ′ and x2 ′ are obtained by the following equations.
x1 ′ = x1 + F × (x2−x1)
x2 ′ = x2−F × (x2−x1)
x1 ′ is the interval [x1, x2] (50.5-1): The point is internally divided into 2, and x2 'is the interval [x1, x2] 2: (50.5The point is to divide into -1).
[0006]
Next, when the function values f (x1 ′) and (x2 ′) at x1 ′ and x2 ′ are respectively f1 ′ and f2 ′, if f1 ′> f2 ′, then x1 = x1 ′ and f1 ′ ≦ f2 When ', x2 = x2' and the width of the section is narrowed one by one. Finally, | x1-x2 | is used for convergence determination, and the target minimum value is obtained. The maximum point can also be obtained by reversing the direction of the sign of the comparison condition, as in the enclosing method. The number of iterations of the golden section method depends on the difference between the absolute values of the function values f (x1) and f (x2) at both ends of the interval [x1, x2] and the convergence determination error.
[0007]
FIG. 12 shows a flowchart of a conventional line search method. In the conventional line search method, first, the section [a, b] including the minimum / maximum points is obtained by the conventional enclosing method shown in FIG. 10, and then the section [a, b] is obtained by the golden section method shown in FIG. b] The minimum / maximum points existing in the area are obtained.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the enclosing method and the golden section method are both iterative methods, and in order to obtain a minimum / maximum solution with sufficient accuracy in a function that is the target of a certain minimum / maximization problem, usually about a dozen to several hundred times. It is said that iterative calculation is required.
[0009]
In a design optimization device equipped with a function to automatically perform design optimization for electrical equipment such as thermal fluid, structure, and electromagnetic field, to set the control target state optimally from the control target measurement data However, in the conventional technology, the iterative calculation time per search is large, and the iterative calculation time varies and the control is not stable. was there.
[0010]
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a nonlinear optimum solution search apparatus that can shorten and stabilize a search time in a nonlinear optimization problem.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a nonlinear optimum solution search apparatus according to the present invention is provided., SekiFind the interval containing the minimum number fBy the enclosure processing means and the enclosure processing meansI was askedSaidFind the minimum value of the function f in the intervalMinimum solution search means, and functions as at least the enclosure processing means and the minimum solution search meansControl programStorage means for holding the storage means, and the storage meansControl means for operating a control program held in a computerAnd comprising the aboveBased on the control of the control meansIn the function fIn the nonlinear optimum solution search device for searching for a nonlinear optimum solution,Enclosure processing meansIs a search direction vector with one end point of the section as a reference point a.Le d,TheStep in the search direction from the reference point aWidth α andGreater than 1 for increasing or decreasing the step width αMultipleIncrease / decrease coefficient MIs stored in the storage means.,SaidAt reference point aSaidFrom the point with step width α addedUsing one of a plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage meansWhen the function value calculated by increasing the step width α exceeds the function value f (a) of the reference point a for the first time,The above function value andThe search point for outputting the above function value isWhen the processing for obtaining the search point for one increase / decrease coefficient M is held in the storage means as one enclosing process,Each time the enclosing process is completed, the step width α is returned to the search point immediately before the search point, andWhile sequentially reading out the plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage means in the direction in which the values gradually decrease,Repeated enclosing processAnd the function value f at the reference point a ( a ) And the search point when the deviation from the function value at the search point obtained with respect to the increase / decrease coefficient M read last is less than or equal to a predetermined value.As the other end point bThe minimum solution searching means includes:Said seekingIsSearch for the minimum value existing in the interval [a, b]RukoIt is characterized by.
[0012]
According to this invention,Enclosure processing meansIs the vector of the search direction with one end point of the section as the reference point aLe d, Step in the search direction from the reference point aWidth α andGreater than 1 to increase or decrease the step width αMultipleIncrease / decrease coefficient MIn the storage meansFrom the point of adding the step width α to the reference point aUsing one of a plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage meansWhen the function value calculated by increasing the step width α exceeds the function value f (a) of the reference point a for the first time,Function value above andThe search point that outputs the function value exceedingWhen the processing for obtaining the search point for one increase / decrease coefficient M is stored in the storage means and is a single enclosing process,Each time the enclosing process is completed, the step width α is returned to the search point immediately before the search point, andFor each increase / decrease coefficient M, the plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage means are sequentially read in the direction in which the value gradually decreases.Repeated enclosing processAnd the function value f at the reference point a ( a ) And the search point when the deviation from the function value at the search point obtained with respect to the increase / decrease coefficient M read last is less than or equal to a predetermined value.The other end point b can be obtained. Further, the minimum solution search means can search for the minimum value existing in the obtained section [a, b].
[0013]
In the non-linear optimum solution searching apparatus according to the next invention, in the above invention, the enclosing processing means may increase or decrease the coefficient M so that the interval between the search points becomes gradually larger during each enclosing process. Is used to increase the step width.
[0014]
According to the present invention, the enclosing processing means can increase the step width using the increase / decrease coefficient M so that the search point interval becomes gradually larger during each enclosing process.
[0015]
In the non-linear optimum solution search apparatus according to the next invention, in the above invention, the enclosing processing means first includes a search point x1 that exceeds the same value as the function value f (a) of the reference point a, and the search point x1 The previous search point x2 andBetweenThen, when the relationship f (x1) <f (a) <f (x2) is obtained, a linear expression g (x) is created from x1, x2, f (x1), f (x2), and g (x3) = f (a)searchPoint x3 was used as the starting point for the next search, and finally obtainedsearchThe point x3 is the other end point b
[0016]
According to the present invention, the enclosing processing means includes the search point x1 that first exceeds the same value as the function value f (a) of the reference point a, the search point x2 immediately before the search point x1,BetweenThen, when the relationship f (x1) <f (a) <f (x2) is obtained, a linear expression g (x) is created from x1, x2, f (x1), f (x2), and g The point x3 where (x3) = f (a) is set as the starting point of the next search and finally obtained.searchThe point x3 can be the other end point b.
[0017]
In the nonlinear optimum solution search apparatus according to the next invention, in the above invention, the minimum solution search means creates a quadratic approximation formula by parabolic approximation from arbitrary three points in the interval [a, b]. An approximate minimum point at which the first derivative of the next approximate expression is 0 is obtained.
[0018]
According to the present invention, the minimum solution search means creates a quadratic approximate expression by parabolic approximation from arbitrary three points in the interval [a, b], and the approximation in which the first derivative of the quadratic approximate expression is zero. The minimum point can be determined.
[0019]
In the nonlinear optimal solution search device according to the next invention, in the above invention, the minimum solution search means creates a quadratic approximate expression by a least square method from any three or more points in the interval [a, b], An approximate minimum point at which the first-order derivative of the quadratic approximate expression is 0 is obtained.
[0020]
According to this invention, the minimum solution search means creates a quadratic approximate expression by the least square method from any three or more points in the interval [a, b], and the first order differential of the quadratic approximate expression is 0. An approximate minimum point can be obtained.
[0021]
In the non-linear optimum solution search apparatus according to the next invention, the enclosing processing means obtains the search direction vector d using a gradient method.
[0022]
According to the present invention, the enclosure processing means can obtain the search direction vector d using the gradient method.
[0023]
The non-linear optimal solution search apparatus according to the next invention uses an objective function U (x, γ) to which a penalty coefficient γ is added instead of the function f (x) in the above invention, and the penalty coefficient γ is used for the search. It is characterized by increasing step by step.
[0024]
According to the present invention, the objective function U (x, γ) to which the penalty coefficient γ is added instead of the function f (x) can be used to increase the penalty coefficient γ step by step.
[0025]
The nonlinear optimal solution search apparatus according to the next invention is, SekiFind the interval containing the maximum number of fBy the enclosure processing means and the enclosure processing meansI was askedSaidFind the maximum value of the function f in the intervalFunctions as maximum solution search means, at least the enclosure processing means and maximum solution search meansControl programStorage means for holding the storage means, and the storage meansControl means for operating the control program held in the computerAnd comprising the aboveBased on the control of the control meansIn the function fIn the nonlinear optimum solution search device for searching for a nonlinear optimum solution,Enclosure processing meansIs a search direction vector with one end point of the section as a reference point a.Le d,TheStep in the search direction from the reference point aWidth α andGreater than 1 for increasing or decreasing the step width αMultipleIncrease / decrease coefficient MIs stored in the storage means.,SaidAt reference point aSaidFrom the point with step width α addedUsing one of a plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage meansWhen the function value calculated by increasing the step width α falls below the function value f (a) of the reference point a for the first time,The lower function value andThe search point for outputting the lower function value isWhen the processing for obtaining the search point for one increase / decrease coefficient M is held in the storage means as one enclosing process,Each time the enclosing process is completed, the step width α is returned to the search point immediately before the search point, andFor each increase / decrease coefficient M, the plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage means are sequentially read in the direction in which the value gradually decreases.Repeat the enclosure processAnd the function value f at the reference point a ( a ) And the search point when the deviation from the function value at the search point obtained with respect to the increase / decrease coefficient M read last is less than or equal to a predetermined value.As the other end point bThe maximum solution searching means is:Said seekingIsSearch for the maximum value existing in the interval [a, b]RukoIt is characterized by.
[0026]
According to this invention,Enclosure processing meansIs the vector of the search direction with one end point of the section as the reference point aLe d, Step in the search direction from the reference point aWidth α andGreater than 1 to increase or decrease the step width αMultipleIncrease / decrease coefficient MIn the storage meansFrom the point of adding the step width α to the reference point aUsing one of a plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage meansWhen the function value calculated by increasing the step width α falls below the function value f (a) of the reference point a for the first time,Lower function value andThe search point that outputs the lower function valueWhen the processing for obtaining the search point for one increase / decrease coefficient M is stored in the storage means and is a single enclosing process,Each time the enclosing process is completed, the step width α is returned to the search point immediately before the search point, andFor each increase / decrease coefficient M, the plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage means are sequentially read in the direction in which the value gradually decreases.Repeated enclosing processAnd the function value f at the reference point a ( a ) And the search point when the deviation from the function value at the search point obtained with respect to the increase / decrease coefficient M read last is less than or equal to a predetermined value.The other end point b can be obtained. Further, the maximum solution searching means can search for the maximum value existing in the obtained section [a, b].
[0027]
In the non-linear optimum solution searching apparatus according to the next invention, in the above invention, the enclosing processing means sets the increase / decrease coefficient M so that the interval between the search points becomes gradually larger during each enclosing process. Use to increase the step width.
[0028]
According to the present invention, the enclosing processing means can increase the step width using the increase / decrease coefficient M so that the search point interval becomes gradually larger during each enclosing process.
[0029]
In the non-linear optimum solution searching apparatus according to the next invention, in the above invention, the enclosing processing means first has a search point x1 that is the same value as the function value f (a) of the reference point a, and the search point x1. Search point x2 immediately beforeBetweenThen, when the relationship f (x1) <f (a) <f (x2) is obtained, a linear expression g (x) is created from x1, x2, f (x1), f (x2), and g (x3) = f (a)searchPoint x3 was used as the starting point for the next search, and finally obtainedsearchThe point x3 is the other end point b
[0030]
According to the present invention, the enclosing processing means includes the search point x1 that first decreases the same value as the function value f (a) of the reference point a, and the search point x2 immediately before the search point x1.BetweenThen, when the relationship f (x1) <f (a) <f (x2) is obtained, a linear expression g (x) is created from x1, x2, f (x1), f (x2), and g The point x3 where (x3) = f (a) is set as the starting point of the next search and finally obtained.searchThe point x3 can be the other end point b.
[0031]
In the non-linear optimum solution search apparatus according to the next invention, in the above invention, the maximum solution search means creates a quadratic approximation expression by parabolic approximation from arbitrary three points in the interval [a, b]. An approximate maximum point where the first-order derivative of the next approximate expression is 0 is obtained.
[0032]
According to this invention, the maximum solution search means creates a quadratic approximate expression by parabolic approximation from arbitrary three points in the interval [a, b], and the approximation in which the first derivative of the quadratic approximate expression is zero. The maximum point can be obtained.
[0033]
In the nonlinear optimal solution search device according to the next invention, in the above invention, the maximum solution search means creates a quadratic approximate expression by a least square method from any three or more points in the interval [a, b], An approximate maximum point where the first derivative of the quadratic approximate expression is 0 is obtained.
[0034]
According to this invention, the maximum solution searching means creates a quadratic approximate expression by the least square method from any three or more points in the interval [a, b], and the first-order derivative of the quadratic approximate expression is 0. An approximate maximum point can be obtained.
[0035]
In the non-linear optimum solution search apparatus according to the next invention, the enclosing processing means obtains the search direction vector d using a gradient method.
[0036]
According to the present invention, the enclosure processing means can obtain the search direction vector d using the gradient method.
[0037]
The non-linear optimal solution search apparatus according to the next invention uses an objective function U (x, γ) to which a penalty coefficient γ is added instead of the function f (x) in the above invention, and the penalty coefficient γ is used for the search. It is characterized by increasing step by step.
[0038]
According to the present invention, the objective function U (x, γ) to which the penalty coefficient γ is added instead of the function f (x) can be used to increase the penalty coefficient γ step by step.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the nonlinear optimum solution searching apparatus according to the present invention will be described in detail. Hereinafter, the problem of obtaining the minimum / maximum solution will be described by limiting to the processing procedure for obtaining the minimum solution. As described above, the method for obtaining the maximum solution is the same in concept and processing procedure except that the search direction and the determination criterion are reversed.
[0040]
(1) Explanation of enclosure method
FIG. 1 is a flowchart showing a processing procedure of the enclosing method according to the first embodiment, which is an improvement of the conventional enclosing method shown in FIG. In FIG. 2, the horizontal axis is the direction vector d, and in an objective function f (x), the initial value is x0 (α = 0), and x0 is α1 · d, α1 ′ · d, α1 ″ · The range of values that the objective function f (x) can take when d and α2 ″ · d are increased is shown on the curve. α1 ′ = α1 × M, α1 ″ = α1 ′ × M, and α2 ″ = α1 ″ × M. In the conventional enclosing method, the case where there is one variable has been described. However, the contents described in
[0041]
Next, the processing procedure of the enclosing method of the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS. First, an initialization procedure is performed (step S401). In this initialization procedure, the search direction vector is d, the reference point is x0, the function value at x0 is f0 (= f (x0)), and the step width α (positive real number) is initially set to α1. Is done. Here, it is assumed that the search vector d is obtained by the gradient method. The gradient method is a method for obtaining a direction vector d in which f (x) is small when obtaining a minimum solution of a multivariable function f (x) including one variable, and uses a quasi-Newton method, a steepest descent method, or the like. Can be obtained. Further, the step width α of the present invention is a width from the reference point x0 to each search point.
[0042]
Next, the value of the increase / decrease coefficient M is set (step S402). The value of the increase / decrease coefficient M is initially set to a large value, and is gradually changed (gradually decreased) to a value close to 1 each time one loop from step S402 to step S412 ends. The initial value of the increase / decrease coefficient M may be set to about M = 10, for example. In this case, the increase / decrease coefficient M is changed, for example, from 10 → 2 → 1.1. Then, a flag FLG for determining the branch of the process in step S405 or the like is set to 0 (step S403). The flag FLG is set so that it can take either 0 or 1. Next, the reference point x0 is varied by α1 · d in the direction of the direction vector d, and a function value f1 (= f (x0 + α1 · d)) at that time is obtained (step S404).
[0043]
Next, branching is determined based on the value of FLG (step S405). Since FLG = 0 is set in step S403, the first determination in step S405 is Yes, and the procedure proceeds to step S406a.
[0044]
In step S406a, the magnitudes of f1 and f0 are compared. When f1> f0, FLG is set to 1 (step S407), and the procedure proceeds to the process of step S408. When f1 ≦ f0, a process of multiplying the value of the step width α1 by M times (α1 = α1 · M) using the increase / decrease coefficient M is performed (step S409a, corresponding to α1 ′ in FIG. 2). It is determined whether α1 is sufficiently large (whether it is larger than a predetermined upper limit value) (step S410a). If the determination in step S410a is No, the process returns to step S404, and the function value f1 (= f (x0 + α1 · d)) at that time is obtained using the step width α1 (= α1 · M) multiplied by M. The function value f1 at this time corresponds to f1 'in FIG. Next, after passing through step S405, in step S406a, the magnitudes of f1 (= f1 ') and f0 are compared again. In the case of f1 ≦ f0, the value of the step width α1 is further increased M times using the increase / decrease coefficient M (M2(Step S409a, corresponding to α1 ″ in FIG. 2). In this way, in the comparison of step S406a, the procedure of steps S404 to S410a is repeatedly executed until f1> f0 is satisfied, thereby executing the enclosing search for multiplying the step width α1 by M using the increase / decrease coefficient M. .
[0045]
If it is determined in step S410a that the step width α1 is sufficiently large, the step width α is set to −1 (step S413a). In the process of α = −1 in step S413a, when the vector d in the search direction obtained by the gradient method is very small, the condition of f1> f0 is not satisfied even if the step width α1 is increased, and a solution is obtained. It is a flow of exception processing inserted assuming that there is no. Theoretically, it can be assumed that this occurs in the initial stage of search or when the reference point is located at the minimum neighborhood point, but it may be considered that there is almost no actual point. If exception processing actually occurs, re-searching may be performed by reselecting the reference point.
[0046]
As described above, when f1> f0 is satisfied in step S406a, FLG is changed to 1 (step S407). In the case of FIG. 2, the function value f1 (= f2 ″) when the step width is α2 ″ satisfies f1> f0. In the next step S408, the final processing result of the current enclosing process, that is, the final step width α1 (α2 ″ in the case of FIG. 2) and the function value f1 (= f2 ″) at that time are obtained. (Α2 = α1, f2 = f1). Next, by setting the step width α1 to 1 / M, the search point is returned to the previous point from the first point where f1> f0 is established (step S409b). This previous point corresponds to α1 ″ in FIG. Next, it is determined whether α1 is sufficiently small (whether it is smaller than a predetermined lower limit value) (step S410b). When it is determined that α1 is sufficiently small, the step width α is set to zero. (Step S413b). Step S413b is an exception process inserted on the assumption that the condition of f1 <f0 is not satisfied even if α1 is reduced and the solution cannot be obtained when the reference point exists at the minimum neighborhood point. In this case, the solution is considered to have converged. Theoretically, there are cases where the reference point is located at the minimum neighborhood point, or the search direction vector d is not oriented in the direction in which f (x) decreases, but the quasi-Newton method or the steepest descent method is used. If it is used, it is a phenomenon that can hardly occur, and if these methods are used in combination, there is no problem.
[0047]
If the determination in step S410b is No, the procedure proceeds to step S404, and the function value f1 (= f (= f (1) in the previous point (α1 ″ in FIG. 2) from the first point where f1> f0 is satisfied. x0 + α1 · d)) is obtained. The function value f1 at this time corresponds to f1 '' in FIG. Next, it is determined in step S405 whether FLG = 0. At this time, since FLG = 1, the procedure proceeds to step S406b. Then, in step S406b, the magnitude of f1 (f1 '' in the case of FIG. 2) and the magnitude of f0 are compared again. In this comparison process, since f1 <f0 is normally established, the procedure proceeds to step S411, and a process of correcting the step width α1 is executed.
[0048]
As described above, the step width α1 before correction corresponds to the previous point (α1 ″ in FIG. 2) from the first point where f1> f0 is satisfied. As described above, when α changes from α1 ″ to α2 ″, the relationship of f1 <f0 changes to the relationship of f1> f0. At this time, if the slope of the straight line K connecting f1 ″ at α1 ″ and f2 ″ at α2 ″ is m, m is expressed by the following equation.
[0049]
[Expression 1]
[0050]
Here, the function f may take the value of f0 between α1 ″ and α2 ″. If α is α1 ′ ″, α1 ″ and α2 ″ are As can be seen, the equation of the straight line K having the slope m is g (α), and when using (Equation 1), it can be expressed by the following equation.
[0051]
[Expression 2]
[0052]
When the condition of g (α1 ″) = f1 ″ is used when α is α1 ″, α1 ′ ″ can be expressed by the following equation.
[0053]
[Equation 3]
[0054]
It is also clear from FIG. 2 that the relationship of f1 ″ <f0 <f2 ″ is satisfied at this time.
[0055]
In step S411, the step width α1 before correction (α1 ″ in the case of FIG. 2) is corrected to the step width α1 ′ ″ obtained by (Equation 3). In this way, when the correction processing of the step width α is completed, it is determined whether or not the loop with the last increase / decrease coefficient M has been completed (step S412). When the increase / decrease coefficient M is changed from 10 → 2 → 1.1, 1.1 is the last increase / decrease coefficient M.
[0056]
In the second enclosing process, in step S402, the increase / decrease coefficient M is set to a smaller value (for example, 2) than the first time. In the second enclosing process, the enclosing process described above is executed using the decreased increase / decrease coefficient M. However, the start point of the second enclosing process is a point (α1 ′ ″ in the case of FIG. 2) corresponding to the step width α1 corrected in step S411. Then, the enclosing process in the direction of the search direction vector d (same as the first time) is performed from the start point at a search point interval smaller than the first time by the decreased increase / decrease coefficient M.
[0057]
Such an enclosing process is repeated until the loop with the last increase / decrease coefficient M is completed. When a plurality of M loops are completed, α to be finally obtained is set to α1 (step S413c). By this processing, an interval [x0, x0 + α · d] including a minimum point having a relationship of f (x0) ≈f (x0 + α · d) in a direction in which f (x) is reduced from the reference point x0 is obtained. Can do.
[0058]
By the way, when the increase / decrease coefficient M is increased, f2 ″ satisfying f2 ″> f0 can be obtained with a small number of iterations. However, α2 ″ is M times α1 ″, so if the worst f1 ″ and f0 are close to each other (positioned on opposite sides of the minimum point), f2 ″ is an extremely large value compared to f0. There is a possibility. At this time, if the objective function is not a perfect quadratic expression, it is presumed that the accuracy of the approximate expression is deteriorated.
[0059]
On the other hand, if the value of the increase / decrease coefficient M is reduced, the number of iterations for obtaining f2 ′ increases, but the values of f2 ″ and f0 become closer, and the accuracy of the approximate expression is improved. Therefore, as described above, an approximate curve with high accuracy can be obtained with a small number of iterations by first increasing M to roughly obtain α1, and then reducing M and finely obtaining α1.
[0060]
Thus, in this improved enclosing method, the increase / decrease coefficient M of the step width α is increased to some extent, and α1 ″ and α2 ″ that roughly satisfy f1 ″ <f0 <f2 ″ are quickly searched. Then, by gradually decreasing the increase / decrease coefficient M, α finally satisfying f2 ″ ≈f0 can be obtained from (Equation 3). At this time, in the interval [x0, x0 + α · d] including the minimum point, f (x0) ≈f (x0 + α · d) and the function values at both ends of the interval are almost equal. In the formula minimum solution search method, there is also an advantage that the degradation of the accuracy of the solution caused by the difference in the numerical values at both ends of the section does not occur. Further, in one loop of M, the increase / decrease coefficient M is increased exponentially, so that the search point interval is gradually increased. Therefore, α1 ″ which roughly satisfies f1 ″ <f0 <f2 ″. , Α2 ″ can be searched efficiently and in a short time.
[0061]
(2) Explanation of minimum solution search method
FIG. 3 is a conceptual diagram of processing of a minimum solution search method using a quadratic approximate expression or a parabolic approximate expression by the least square method. In this figure, the function f (x) = f (x0 + α · d) is considered as a function of α, and a parabolic approximation or a least square method is used in the interval [0, α] sandwiching the minimum point of the function f (α). The quadratic approximate expression is obtained from four points in the interval [0, α]. From this quadratic approximate expression, the minimum point can be obtained from the point where the first derivative of the quadratic expression becomes 0, as shown in the following derivation procedure of (Expression 4).
[0062]
[Expression 4]
[0063]
Note that the above-described quadratic approximate expression can be derived using any three or more points in the interval [0, α]. Further, when obtaining a quadratic approximate expression, if there are few points to be used, the calculation time is shortened. Conversely, if more points are used, the calculation accuracy can be improved.
[0064]
FIG. 4 is a flowchart showing the processing procedure of the minimum solution search method using a quadratic approximation. This method is a method of searching for the minimum solution using the quadratic approximation formula or the parabolic approximation formula by the least square method shown in FIG. 3 without using the golden section method shown in FIG. The process flow will be described with reference to FIG.
[0065]
First, an initialization procedure is performed. The initialization procedure is f0 = f (x0), f1 = f (x0 + α · d), the number of division points N is 3 or more, the array variables are aa [1] = 0, yy [1] = f0, aa [N ] = Α, yy [N] = f1, and the width Δa of the divided section is Δa = α / (N−1) (step S701). Next, each sample point that divides the interval [0, α] in the loop variable I into (N−1) and the function value at each sample point are aa [I] = Δa × (I−1), respectively. And yy [I] = f (x0 + α · d) (steps S702 to S704). Further, the N sample points aa [1], aa [2],... Aa [N] obtained above and the function values yy [1], yy [2],. From yy [N], the coefficients k0, k1, and k2 of the quadratic expression y = k0 + k1 × α2 + k2 × α are obtained from a quadratic approximate expression or a parabolic approximate expression by the least square method. Finally, using the obtained k0, k1, and k2, αmin that minimizes the quadratic expression y is obtained using the calculation formula (Formula 4) (Step S705).
[0066]
(3) Explanation of line search method
FIG. 5 shows a straight line search for searching for a minimum / maximum solution using a quadratic approximation formula, which combines the improved enclosing method shown in FIG. 1 and the minimum solution search method using a quadratic approximation formula shown in FIG. It is a flowchart of a method. The processing flow will be briefly described with reference to FIG.
[0067]
First, by the improved enclosing method shown in FIG. 1 described above, the function f (x) is reduced from a certain reference point x0 and includes the minimum point, and f (x0) ≈f (x0 + α · d) An interval [x0, x0 + α · d] is obtained (step S801). Next, it is determined whether α = 0 (step S802). When α = 0, it is when the reference point x0 coincides with the minimum solution, and this process is exited. If α ≠ 0, it is determined whether α = −1 (step S803). The case of α = −1 is the case of the exception processing described above. In this case, α = 1 is set again to select another reference point, and the process is exited. In cases other than α = 0 and α = −1, the section [
[0068]
(4) Explanation of nonlinear optimal solution search problem
The definition of a general nonlinear optimization problem is shown in (Formula 5).
[0069]
[Equation 5]
[0070]
In Equation 5, x is a variable vector, f (x) is an objective function, g (x) ≦ 0 is an inequality constraint, and h (x) = 0 is an equation constraint. The nonlinear optimization problem in this case is a problem of obtaining a variable vector x that satisfies the constraint conditions g (x) ≦ 0 and h (x) = 0 and minimizes the objective function f (x). On the other hand, (Expression 6) shows the definition of the outer point penalty method.
[0071]
[Formula 6]
[0072]
In (Equation 6), γ is a penalty coefficient, p is one or more real numbers that control the magnitude of the penalty, and 2 is used in an optimization method that sequentially uses quadratic approximation. The outer point penalty method is often used for an optimization problem in the case where there are constraints. However, the minimum solution of U (x, γ) is searched at the initial stage of searching for an optimal solution with γ = 0. In this method, the variable x that minimizes U (x, γ) is obtained by gradually increasing γ.
[0073]
6 and 7 are flowcharts showing processing of the optimum solution search method in which the gradient method and the straight line search method shown in FIG. 5 are combined. FIG. 6 shows an optimum solution search method when there is no constraint condition, and is used when searching for a point x at which the objective function f (x) having a certain minimum point is minimum. FIG. 7 shows an optimal solution search method in the case where there is a constraint condition. The objective function U (x, γ) with a penalty is used instead of the objective function f (x), and the processing procedure shown in FIG. 6 is used. is doing. First, a processing procedure when there is no constraint condition will be described with reference to FIG.
[0074]
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure using the nonlinear optimal solution search method when there is no constraint condition. First, a necessary initialization procedure is performed (step S901). Next, using the gradient method, a direction d smaller than f (x0) is obtained in the vicinity of x0 (step S902). As the gradient method, a Newton method, a quasi-Newton method, a steepest descent method, or the like may be used. In particular, if the quasi-Newton method or the steepest descent method is used, as described above, the case where the optimum solution cannot be obtained, or the case where the search direction vector d is not suitable for the direction in which f (x) decreases is avoided. Is possible.
[0075]
Next, with respect to d obtained by the process of step S902, the magnitude of the value is determined (step S903). Here, when d is sufficiently small, the updated reference point x0 is the minimum solution having the desired accuracy, and the process is terminated. If d is not sufficiently small, the process of the straight line search method shown in the flowchart of FIG. 5 is performed to obtain α that minimizes f (x0 + α · d) (step S904). Then, the magnitude of α obtained in step S904 is determined (step S905). The case where α is sufficiently small is a case where the updated reference point x0 is a minimum solution having a desired accuracy, as in the case of the determination of d in step S903. If α is not sufficiently small, the reference point x0 is updated with x0 = x0 + α · d (step S906), and the process returns to step S902 to repeat the process.
[0076]
Next, processing when there is a constraint condition will be described. FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure using the nonlinear optimum solution searching method according to the present invention. First, a penalty coefficient γ is set (step S1001). Next, in the nonlinear optimal solution search method when there is no constraint condition shown in FIG. 6, f (x) is expressed as U (x, γ), and the processing of steps S903 to S907 in FIG. 6 is repeated (step S1002). Then, by repeating the process of gradually increasing the penalty coefficient γ (steps S1001 and S1003), the variable x that minimizes U (x, γ) is brought closer to the true value.
[0077]
(5) Explanation of design optimization device
FIG. 8 is a block diagram of a design optimizing apparatus having a function of automatically executing design optimization on electrical equipment and the like regarding thermal fluid, structure, electromagnetic field, and the like. This design optimization apparatus uses the above-described iterative approximate line search method. In the figure, 11 is a control computing device (computer), 12 is a CPU (Central Processing Unit), 13 is an input device, 14 is an output device, 15 is a memory, 16a is a control program, and 16b is a control. Data, 17 is I / F device, 18 is measuring deviceThe, 19 indicate control objects, respectively.
[0078]
The control calculation apparatus 11 stores a
[0079]
According to the design optimization device using the approximate line search method, first, an objective function, a design variable, and a constraint condition based on (Equation 6) are input to the
[0080]
As described above, according to the first embodiment, the control program includes the nonlinear optimum solution search method that repeatedly uses the approximate line search method shown in FIG. 6 or FIG. The total number of iterations can be reduced by drastically reducing the number of iterations, and the variation in the number of iterations can be reduced by effectively gradually decreasing the increase / decrease coefficient M. The approximate best design solution that could not be obtained can be obtained stably in a short time.
[0081]
FIG. 9 is a block diagram of a design optimizing apparatus having a function of automatically executing design optimization on electrical equipment and the like regarding the thermal fluid, structure, and electromagnetic field in the second embodiment. In this case, FIG. The optimization target is the model to be measured. This design optimization apparatus repeatedly uses the approximate straight line search method of the first embodiment described above. Components having the same reference numerals as those shown in FIG. 8 basically represent the same devices. In FIG. 9, 21 is a control computing device, 12 is a CPU (Central Processing Unit), 13 is an input device, 14 is an output device, 15 is a memory, 16a is a control program, and 16b is control data. 22a indicates measurement program, 22b indicates measurement data, 23a indicates analysis program, 23b indicates analysis data, and 24 indicates control target model data.
[0082]
The
[0083]
In order to use the design optimization apparatus of FIG. 9, first, an objective function, a design variable, and a constraint condition based on (Equation 5) are input by the
[0084]
As described above, according to the second embodiment, the control program for optimizing the design of the controlled object model uses a nonlinear optimal solution search method that repeatedly uses the approximate line search method shown in FIG. In addition to reducing the total number of iterations by greatly reducing the number of iterations per line search, and reducing the variation in the number of iterations by effectively decreasing the increase / decrease coefficient M. Therefore, the approximate best design solution that could not be obtained by the conventional design method can be obtained stably in a short time.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the nonlinear optimal solution search device according to the present invention,Enclosure processing meansIs the vector of the search direction with one end point of the section as the reference point aLe d, Step in the search direction from the reference point aWidth α andGreater than 1 to increase or decrease the step width αMultipleIncrease / decrease coefficient MIn the storage meansFrom the point of adding the step width α to the reference point aUsing one of a plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage meansWhen the function value calculated by increasing the step width α exceeds the function value f (a) of the reference point a for the first time,Function value above andThe search point that outputs the function value exceedingWhen the processing for obtaining the search point for one increase / decrease coefficient M is stored in the storage means and is a single enclosing process,Each time the enclosing process is completed, the step width α is returned to the search point immediately before the search point, andFor each increase / decrease coefficient M, the plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage means are sequentially read in the direction in which the value gradually decreases.Repeated enclosing processAnd the function value f at the reference point a ( a ) And the search point when the deviation from the function value at the search point obtained with respect to the increase / decrease coefficient M read last is less than or equal to a predetermined value.The other end point b can be obtained, and the minimum solution search means can search for the minimum value existing in the obtained section [a, b], so that the number of iterations per linear search is greatly increased. The total number of iterations can be reduced by reducing it to, and an approximate best design solution that cannot be obtained by the conventional design method can be obtained in a short time.
[0086]
According to the nonlinear optimum solution searching apparatus according to the next invention, the enclosing processing means performs the step using the increase / decrease coefficient M so that the interval between the search points becomes gradually larger during each enclosing process. Since the width can be increased, the total number of iterations can be greatly reduced by reducing the number of iterations per line search, and the approximate best design solution that could not be obtained by conventional design methods can be shortened in a short time. Can be sought.
[0087]
According to the nonlinear optimum solution search apparatus according to the next invention, the enclosing processing means includes a search point x1 that first exceeds the same value as the function value f (a) of the reference point a, and a search point immediately before the search point x1. x2 andBetweenThen, when the relationship f (x1) <f (a) <f (x2) is obtained, a linear expression g (x) is created from x1, x2, f (x1), f (x2), and g The point x3 where (x3) = f (a) is set as the starting point of the next search and finally obtained.searchSince the point x3 can be the other end point b, the total number of iterations can be greatly reduced by reducing the number of iterations per line search, and the approximate best design that could not be obtained by the conventional design method. The solution can be obtained in a short time.
[0088]
According to the nonlinear optimal solution search apparatus according to the present invention, the minimum solution search means creates a quadratic approximate expression by parabolic approximation from arbitrary three points in the interval [a, b], and 1 of the quadratic approximate expression. Since it is possible to obtain an approximate minimum point at which the second order differential is 0, the total number of iterations can be greatly reduced by reducing the number of iterations per line search, and the variation in the number of iterations can be reduced. Thus, an approximate best design solution that could not be obtained by the conventional design method can be obtained stably in a short time.
[0089]
According to the nonlinear optimal solution search apparatus according to the present invention, the minimum solution search means creates a quadratic approximate expression by the least square method from arbitrary three or more points in the interval [a, b], and the quadratic approximate expression. Since the approximate minimum point at which the first-order derivative of 0 can be obtained is 0, the total number of iterations can be greatly reduced by reducing the number of iterations per line search, and the variation in the number of iterations can be reduced. Thus, the approximate best design solution that could not be obtained by the conventional design method can be obtained stably in a short time.
[0090]
According to the nonlinear optimum solution searching apparatus according to the present invention, the search direction vector d can be obtained by using the gradient method. Therefore, even when the reference point exists at the minimum neighboring point or even when α1 is reduced, f1 <f0. It is possible to avoid a situation where a solution cannot be obtained, such as when the above condition is not satisfied, and to obtain an approximate best design solution that could not be obtained by a conventional design method in a short time and stably. it can.
[0091]
According to the nonlinear optimum solution search apparatus according to the present invention, the objective function U (x, γ) to which the penalty coefficient γ is added is used instead of the function f (x), and the penalty coefficient γ is increased stepwise during the search. Therefore, by reducing the number of iterations per linear search, the total number of iterations can be greatly reduced, and the variation in the number of iterations can be reduced, which is not possible with conventional design methods. The approximate best design solution can be obtained stably in a short time.
[0092]
According to the nonlinear optimal solution search device according to the next invention,Enclosure processing meansIs the vector of the search direction with one end point of the section as the reference point aLe d, Step in the search direction from the reference point aWidth α andGreater than 1 to increase or decrease the step width αMultipleIncrease / decrease coefficient MIn the storage meansFrom the point of adding the step width α to the reference point aUsing one of a plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage meansWhen the function value calculated by increasing the step width α falls below the function value f (a) of the reference point a for the first time,Lower function value andThe search point that outputs the lower function valueWhen the processing for obtaining the search point for one increase / decrease coefficient M is stored in the storage means and is a single enclosing process,Each time the enclosing process is completed, the step width α is returned to the search point immediately before the search point, andFor each increase / decrease coefficient M, the plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage means are sequentially read in the direction in which the value gradually decreases.Repeated enclosing processAnd the function value f at the reference point a ( a ) And the search point when the deviation from the function value at the search point obtained with respect to the increase / decrease coefficient M read last is less than or equal to a predetermined value.Since it can be obtained as the other end point b, and the maximum solution search means can search for the maximum value existing in the obtained section [a, b], the number of iterative calculations per linear search The total number of iterative calculations can be reduced by significantly reducing, and an approximate best design solution that cannot be obtained by the conventional design method can be obtained in a short time.
[0093]
According to the nonlinear optimum solution searching apparatus according to the next invention, the enclosing processing means performs the step using the increase / decrease coefficient M so that the interval between the search points becomes gradually larger during each enclosing process. Since the width can be increased, the total number of iterations can be greatly reduced by reducing the number of iterations per line search, and the approximate best design solution that could not be obtained by conventional design methods can be shortened in a short time. Can be sought.
[0094]
According to the non-linear optimal solution search apparatus according to the next invention, the enclosing processing means searches for the search point x1 that first becomes the same value as the function value f (a) of the reference point a, and the search immediately before the search point x1. Point x2 andBetweenThen, when the relationship f (x1) <f (a) <f (x2) is obtained, a linear expression g (x) is created from x1, x2, f (x1), f (x2), and g The point x3 where (x3) = f (a) is set as the starting point of the next search and finally obtained.searchSince the point x3 can be the other end point b, the total number of iterations can be greatly reduced by reducing the number of iterations per line search, and the approximate best design that could not be obtained by the conventional design method. The solution can be obtained in a short time.
[0095]
According to the nonlinear optimal solution search apparatus according to the present invention, the maximum solution search means creates a quadratic approximate expression by parabolic approximation from arbitrary three points in the interval [a, b], and 1 of the quadratic approximate expression. Since it is possible to find the approximate maximum point at which the second derivative is 0, the total number of iterations can be greatly reduced by reducing the number of iterations per line search, and the variation in the number of iterations can be reduced. Thus, an approximate best design solution that could not be obtained by the conventional design method can be obtained stably in a short time.
[0096]
According to the nonlinear optimal solution search apparatus according to the present invention, the maximum solution search means creates a quadratic approximate expression by the least square method from any three or more points in the interval [a, b], and the quadratic approximate expression. Since the approximate maximum point at which the first-order derivative of 0 can be obtained is 0, the total number of iterations can be greatly reduced by reducing the number of iterations per line search, and the variation in the number of iterations can be reduced. Thus, the approximate best design solution that could not be obtained by the conventional design method can be obtained stably in a short time.
[0097]
According to the nonlinear optimum solution searching apparatus according to the present invention, the enclosing processing means can obtain the search direction vector d by using the gradient method. Therefore, when the reference point is present at the minimum neighboring point or when α1 is reduced. However, it is possible to avoid a situation where a solution cannot be obtained, such as when the condition of f1 <f0 is not satisfied.TheAn approximate best design solution that cannot be obtained by the conventional design method can be obtained stably in a short time.
[0098]
According to the nonlinear optimum solution search apparatus according to the present invention, the objective function U (x, γ) to which the penalty coefficient γ is added is used instead of the function f (x), and the penalty coefficient γ is increased stepwise during the search. Therefore, by reducing the number of iterations per linear search, the total number of iterations can be greatly reduced, and the variation in the number of iterations can be reduced, which is not possible with conventional design methods. The approximate best design solution can be obtained stably in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing a processing procedure of an enclosing method according to a first embodiment.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing α1 correction processing.
FIG. 3 is a conceptual diagram of processing of a minimum solution search method using a quadratic approximate expression or a parabolic approximate expression by a least square method.
FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of a minimum solution search method using a quadratic approximate expression.
5 is a line search for searching for a minimum / maximum solution using a quadratic approximation formula, which combines the improved enclosing method shown in FIG. 1 and the minimum solution search method using a quadratic approximation formula shown in FIG. It is a flowchart of a method.
6 is a flowchart showing processing of an optimum solution search method combining the gradient method and the line search method shown in FIG. 5 when there is no constraint condition.
7 is a flowchart showing processing of an optimal solution search method that combines the gradient method and the straight line search method shown in FIG. 5 when there is a constraint condition. FIG.
FIG. 8 is a block diagram of a design optimization apparatus having a function of automatically executing design optimization on electrical equipment such as a thermal fluid, structure, and electromagnetic field in the first embodiment.
FIG. 9 is a block diagram of a design optimization apparatus having a function of automatically executing design optimization on electrical equipment such as thermal fluid, structure, and electromagnetic field in
10A is a flowchart of processing of a conventional enclosing method, and FIG. 10B is an explanatory diagram of processing concept of the conventional enclosing method.
11A is a flowchart of processing of the golden section method, and FIG. 11B is an explanatory diagram of a processing concept of the golden section method.
FIG. 12 is a flowchart of a conventional straight line search method.
[Explanation of symbols]
11 control computer, 12 CPU, 13 input device, 14 output device, 15 memory, 16a control program, 16b control data, 17 I / F device, 18 measuring device, 19 control object, 21 control computing device, 22a measurement Program, 22b Measurement data, 23a Analysis program, 23b Analysis data, 24 Control target model.
Claims (14)
前記囲い込み処理手段は、
前記区間の一方の端点を基準点aとし、探索方向ベクトルd、該基準点aからの探索方向へのステップ幅αおよび該ステップ幅αを増減させるための1より大きい複数個の増減係数Mを前記記憶手段に保持し、
前記基準点aに前記ステップ幅αを加えた点から前記記憶手段に保持された複数個の増減係数Mのうちの一つを用いて該ステップ幅αを増加させることにより算出した関数値が、該基準点aの関数値f(a)を初めて上回ったときに、該上回った関数値および該上回った関数値を出力させる探索点を該記憶手段に保持し、
一つの増減係数Mについての当該探索点を求める処理を1回の囲い込み処理とするときに、該1回の囲い込み処理が終了する度にステップ幅αを該探索点の直前の探索点に復帰させ、かつ、前記記憶手段に保持された複数個の増減係数Mをその値が漸減する方向に順次読み出しつつ、当該増減係数Mごとに前記囲い込み処理を繰り返し実行し、
前記基準点aにおける関数値f ( a ) と最後に読み出された増減係数Mについて求められた探索点における関数値との偏差が所定値以下となったときの該探索点を他方の端点bとして求め、
前記最小解探索手段は、
前記求められた区間[a,b]内に存在する最小値を探索することを特徴とする非線形最適解探索装置。 And enclosure processing means asking you to interval including minimum point of the function number f, and the minimum solution search means for obtaining the minimum value of the function f in the interval determined by said enclosure processing means, at least said enclosure processing means and said minimum a storage means for holding a control program that serves as a solution search means, anda control means for controlling programmed computer operations held in the storage means, nonlinear optimization in the function f based on the control of the control means In a nonlinear optimal solution search device for searching for a solution,
The enclosure processing means includes:
The one end point as a reference point a of the section, search direction vector d, 1 is greater than a plurality of decrease coefficient for increasing or decreasing the step size α and the step size α in the search direction from the reference point a M Is stored in the storage means ,
Function value calculated by increasing the step size α with one of the reference point a to the step width α a plurality of decrease coefficient M, which is held in the storage means from the point of addition is, When the function value f (a) of the reference point a is exceeded for the first time, the function value that exceeds and the search point that outputs the function value that exceeds the value are held in the storage means,
When the process for obtaining the search point for one increase / decrease coefficient M is a single enclosing process , the step width α is returned to the search point immediately before the search point every time the enclosing process is completed. And, while sequentially reading out a plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage means in a direction in which the value gradually decreases, the enclosing process is repeatedly executed for each increase / decrease coefficient M ,
The search point when the deviation between the function value f ( a ) at the reference point a and the function value at the search point obtained for the last read increase / decrease coefficient M is equal to or less than a predetermined value is designated as the other end point b. determined as,
The minimum solution search means includes:
Nonlinear optimal solution search apparatus according to claim and Turkey be searched minimum value present in the determined was the interval [a, b].
前記囲い込み処理手段は、
前記区間の一方の端点を基準点aとし、探索方向ベクトルd、該基準点aからの探索方向へのステップ幅αおよび該ステップ幅αを増減させるための1より大きい複数個の増減係数Mを前記記憶手段に保持し、
前記基準点aに前記ステップ幅αを加えた点から前記記憶手段に保持された複数個の増減係数Mのうちの一つを用いて該ステップ幅αを増加させることにより算出した関数値が、該基準点aの関数値f(a)を初めて下回ったときに、該下回った関数値および該下回った関数値を出力させる探索点を該記憶手段に保持し、
一つの増減係数Mについての当該探索点を求める処理を1回の囲い込み処理とするときに、該1回の囲い込み処理が終了する度にステップ幅αを該探索点の直前の探索点に復帰させ、かつ、前記記憶手段に保持された複数個の増減係数Mをその値が漸減する方向に順次読み出しつつ、当該増減係数Mごとに前記囲い込み処理を繰り返し実行し、
前記基準点aにおける関数値f ( a ) と最後に読み出された増減係数Mについて求められた探索点における関数値との偏差が所定値以下となったときの該探索点を他方の端点bとして求め、
前記最大解探索手段は、
前記求められた区間[a,b]内に存在する最大値を探索することを特徴とする非線形最適解探索装置。 And enclosure processing means asking you to sections including the maximum point of the function number f, and the maximum solution search means for obtaining a maximum value of the function f in the interval determined by said enclosure processing means, at least said enclosure processing means and said maximum comprising storage means for holding a control program that serves as a solution search means, and control means for controlling programmed computer operations held in the storage means, that put the function f based on the control of the control means In a nonlinear optimal solution search device that searches for a nonlinear optimal solution,
The enclosure processing means includes:
The one end point as a reference point a of the section, search direction vector d, 1 is greater than a plurality of decrease coefficient for increasing or decreasing the step size α and the step size α in the search direction from the reference point a M Is stored in the storage means ,
Function value calculated by increasing the step size α with one of the reference point a to the step width α a plurality of decrease coefficient M, which is held in the storage means from the point of addition is, When the function value f (a) of the reference point a is first reduced, the storage function stores the lower function value and the search point for outputting the lower function value ,
When the process for obtaining the search point for one increase / decrease coefficient M is a single enclosing process , the step width α is returned to the search point immediately before the search point every time the enclosing process is completed. And, while sequentially reading out a plurality of increase / decrease coefficients M held in the storage means in a direction in which the value gradually decreases, the enclosing process is repeatedly executed for each increase / decrease coefficient M ,
The search point when the deviation between the function value f ( a ) at the reference point a and the function value at the search point obtained for the last read increase / decrease coefficient M is equal to or less than a predetermined value is designated as the other end point b. determined as,
The maximum solution search means includes:
Nonlinear optimal solution search apparatus according to claim and Turkey to explore the maximum value present in the determined was the interval [a, b].
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002046845A JP3845029B2 (en) | 2002-02-22 | 2002-02-22 | Nonlinear optimal solution search system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002046845A JP3845029B2 (en) | 2002-02-22 | 2002-02-22 | Nonlinear optimal solution search system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003248671A JP2003248671A (en) | 2003-09-05 |
| JP3845029B2 true JP3845029B2 (en) | 2006-11-15 |
Family
ID=28660110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002046845A Expired - Fee Related JP3845029B2 (en) | 2002-02-22 | 2002-02-22 | Nonlinear optimal solution search system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3845029B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5816387B1 (en) * | 2015-04-30 | 2015-11-18 | 徹 山里 | Nonlinear optimal solution search system |
| US11403524B2 (en) | 2015-04-30 | 2022-08-02 | Toru YAMAZATO | Methods of increasing processing speed in a processing system that performs a nonlinear optimization routine |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9466869B2 (en) * | 2013-09-06 | 2016-10-11 | Empire Technoogy Development Llc | Optimal direction determination of radio signals |
| US10104661B2 (en) | 2014-01-22 | 2018-10-16 | Empire Technology Development Llc | Adaptively selecting from among multiple base stations |
| KR102541078B1 (en) * | 2020-07-30 | 2023-06-12 | 고려대학교 산학협력단 | Hidden vehicle positioning method and device under non-line-of-sight channel environment |
| CN115048690B (en) * | 2022-05-09 | 2024-07-26 | 中存大数据科技有限公司 | Cement firing model optimization method based on mode search |
-
2002
- 2002-02-22 JP JP2002046845A patent/JP3845029B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5816387B1 (en) * | 2015-04-30 | 2015-11-18 | 徹 山里 | Nonlinear optimal solution search system |
| US11403524B2 (en) | 2015-04-30 | 2022-08-02 | Toru YAMAZATO | Methods of increasing processing speed in a processing system that performs a nonlinear optimization routine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003248671A (en) | 2003-09-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102113096B1 (en) | Search apparatus, search method and plasma processing apparatus | |
| Baran et al. | Broyden's method in nuclear structure calculations | |
| JP6919770B2 (en) | Parameter search method, parameter search device, and parameter search program | |
| Godsi et al. | Interpolation of multidimensional diabatic potential energy matrices | |
| Banushkina et al. | Nonparametric variational optimization of reaction coordinates | |
| JP3845029B2 (en) | Nonlinear optimal solution search system | |
| JP2021149988A (en) | Information processor and information processing method | |
| WO2021153271A1 (en) | Model updating device and method, and process control system | |
| Xu et al. | A comparison of numerical optimizers in developing high dimensional surrogate models | |
| US10331816B2 (en) | Magnetic body simulation device, micro-magnetization calculation method, and non-transitory computer-readable recording medium having stored therein a program | |
| US8056045B2 (en) | System and method for circuit simulation | |
| Cao et al. | Improved branch and bound method for control structure screening | |
| Dines et al. | Stabilized coupled trajectory mixed quantum–classical algorithm with improved energy conservation: CTMQC-EDI | |
| Siegal-Gaskins et al. | An analytical approach to bistable biological circuit discrimination using real algebraic geometry | |
| CN118227943A (en) | A Moho surface solving method, device, electronic device and storage medium | |
| Bonilla-Petriciolet | On the capabilities and limitations of harmony search for parameter estimation in vapor–liquid equilibrium modeling | |
| Rommer et al. | Impurity corrections to the thermodynamics in spin chains using a transfer-matrix DMRG method | |
| Gupta et al. | Application of terminal region enlargement approach for discrete time quasi infinite horizon nonlinear model predictive control | |
| CN118070710A (en) | Method, device and equipment for numerical analysis of plasma magnetofluid instability | |
| US8457935B2 (en) | Data processing method for sampling data from sets of original data | |
| Hakim et al. | Quasistatic optimal actuator placement with minimum worst case distortion criterion | |
| Varagapriya et al. | Convex approximations of random constrained markov decision processes | |
| Brilli et al. | Nonlinear derivative-free constrained optimization with a mixed penalty-logarithmic barrier approach and direct search | |
| Maslennikov et al. | Method for considering uncertainties for robust tuning of PSS and evaluation of stability limits | |
| CN121525354B (en) | Thermodynamic parameter correction method and system for HCh software |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050929 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051004 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051202 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060606 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060724 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060815 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060817 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 3845029 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090825 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100825 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110825 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110825 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120825 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120825 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130825 Year of fee payment: 7 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |