Реферат по предмету "Маркетинг"


Решение вариационной задачи путем сведения к задаче нелинейного программирования

Домашнее задание

по курсу «Статистические методы обработки информации» на тему:
"
Решение вариационной задачи путем сведения к задаче нелинейного программирования
"

Выполнила студентка


Преподаватель


Москва, 2006

Вариант №7.
Уравнение объекта имеет вид: />.

Модель объекта: />
Шум измерений принадлежит классу, удовлетворяющему условию:
/>.
Распределение />является нормальным распределением :

/>.

Распределение />тоже является нормальным распределением с произвольной дисперсией />:

/>.

Получить нормированную информационную матрицу, соответствующую данному объекту.


Допуская, что оптимальная на классе плотность распределения существует, разработать алгоритм определения оптимальной на классе плотности распределения />(функции потерь). Для определения оптимальной на классе плотности распределения используется N измерений «входов» и «выходов».




Записать рекуррентный алгоритм с использованием оптимальной на классе функции потерь.

В дальнейшем будем использовать запись объекта в виде:
/>.
Модель выглядит следующим образом:
/>,
где />, />.


Тогда:

/>
1. Определение нормированной информационной матрицы

Уравнение объекта: />.

Уравнение модели: />, />

Нормированной информационной матрицей называется матрица вида:


/>, где

/>.

/>

/>

Три последних слагаемых равны нулю, так как фигурирующие в них величины не коррелированны. Кроме того, матрицу вычисляем для стационарного процесса, значит, значения выхода в каждый момент времени одинаковы, поэтому индексы при у опустим. Следовательно, наша формула примет вид:

/>, откуда

/>.

Перейдем ко второй компоненте вектора параметров объекта:

/>.

Значит, для стационарного процесса />.

Заметим также, что

/>.

Тогда нормированная информационная матрица:

/>,

Обратная ей:

/>,

а след обратной матрицы вычисляется по формуле:

/>.


2. Поиск оптимальной на классе функции потерь


Теоретические сведения


Как правило, при неполной информации о помехе можно выделить тот или иной класс распределений, которому принадлежит распределение помехи />. При этом можно сформировать соответствующий класс функций потерь Q:

/>, где />.

При нахождении требуемой функции потерь используется игровой подход. Причем в качестве «платы» рассматривается АМКО.

В общем случае, искомая функция потерь, гарантирующая некоторую максимальную АМКО, является решением задачи:

/>, (1)

/>, (2)

/>, />. (3)

Данная задача является сложной вариационной задачей с ограничениями (3). В настоящее время не существует каких-либо разработанных методов решения поставленной задачи в явном виде. Можно представить только численное решение.

Существенное упрощение задачи достигается, если существует оптимальная функция потерь:

/>, />.

Определение. Функция потерь />, где />, существует и называется оптимальной на классе , если для нее выполняется условие:

/>,

/>;

для />, />.

Оптимальная на классе функция потерь обладает двумя свойствами.

Свойство 1. Оптимальная на классе плотность распределения />и соответствующая ей функция потерь />определяют седловую точку.

Свойство 2. Оптимальная на классе плотность распределения является наименее благоприятной плотностью распределения.

Таким образом, если заранее известно, что оптимальная функция потерь существует, то на основании свойства 1 можно записать:

/>,

где, на основании свойства 2,

/>.

Таким образом, задача (1) эквивалентна задаче:

/>;

/>, (4)

где

/>. (5)

Последнюю задачу можно упростить, если принять во внимание, что для целей идентификации важна не сама АМКО, а ее диагональные элементы. Учитывая это, рационально перейти к рассмотрению следа АМКО. Тогда задача (4) примет вид:

/>

или, подставляя выражение для />,

/>. (6)

Переходя от задачи максимизации к более привычной задаче минимизации, окончательно получим:

/>, />. (7)

Несмотря на существенное упрощение, задача (7) является сложной вариационной задачей с нелинейными ограничениями, которая имеет явное решение только в частных случаях. В общем виде эта задача может быть решена только численно путем сведения ее к многомерной задаче нелинейного математического программирования.


Преобразование задачи (7) к задаче нелинейного программирования осуществляется за счет аппроксимации непрерывной />кусочно-постоянной финитной функцией />.
/>(8)
Причем, так как /> — четная, то можно проводит аппроксимацию только для положительных />, при этом интегралы заменяются суммами, а производные – разностями.


Минимизируемая функция принимет вид:


/>,(9)

/>,

где ∆ — интервал разбиения.

Ограничения, накладываемые на />определяются классом />, обязательным же ограничением является условие:

/>,

которое является дискретным аналогом условия:
/>

Характерной особенностью задачи минимизации функции (7) является необходимость определения />на каждом шаге итерационного процесса минимизации.

Но можно преобразовать задачу (7) к задаче нелинейного программирования и за счет вариации неизвестных параметров. Так как плотность распределения должна удовлетворять требованию:

/>,

то в ходе поиска оптимальной на классе функции потерь будем минимизировать функцию />по />при соблюдении ограничения.
Приведем постановку задачи минимизации к общему виду.

Найти минимум функции: />/>/>

при ограничениях: />/>,

причем />, а

/>/>+ />/>.
Общая схема процесса нахождения оптимальной на классе плотности распределения (функции потерь) может быть представлена блок-схемой.
Минимизация критерия J1(f) решается одномерным методом «золотого» сечения. Критерий J1(f) содержит в себе исходный критерий и дополнительное слагаемое, которое обращается в нуль при выполнении ограничения:

/>

Рекуррентный алгоритм с использованием оптимальной на классе функции потерь

Так как пункт 2 был реализован в предположении, что оптимальная на классе функция потерь существует, то результатом работы описанных алгоритмов будет функция />, соответствующая оптимальной />.

Запишем для этой функции рекуррентный алгоритм.
Функция потерь: />.
/>при условии, что />;

/>.


Заключение


В данной работе проводилась разработка алгоритма определения оптимальной на классе плотности распределения (функции потерь) при допущении, что она существует.

В ходе выполнения работы была рассчитана нормированная информационная матрица для заданного вида объекта. Разработанный алгоритм основан на сведении вариационной задачи к задаче нелинейного программирования. Задача нелинейного программирования решалась методом «золотого» сечения.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.