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Optim
julia Optim 패키지를 이용하여 Himmelblau's function의 극값을 찾는 방법을 알아보겠다.
\[ f(x, y) = (x^2+y-11)^2 + (x+y^2-7)^2\]
이 함수는 1개의 극대값(maximum)과 4개의 극소값(minima)을 가진다.
먼저, 필요한 패키지 로드 한다.
julia> using Optim
그리고 목적함수와 gradient 그리고 Hessian 함수를 설정한다.
julia> function himmelblau(x::Vector)
(x[1]^2 + x[2] - 11)^2 + (x[1] + x[2]^2 - 7)^2
end
himmelblau (generic function with 1 method)
julia> function himmelblau_gradient!(x::Vector, gradient::Vector)
gradient[1] = 4 * x[1] * (x[1]^2 + x[2] - 11) + 2 * (x[1] + x[2]^2 - 7)
gradient[2] = 2 * (x[1]^2 + x[2] - 11) + 4 * x[2] * (x[1] + x[2]^2 - 7)
end
himmelblau_gradient! (generic function with 1 method)
julia> function himmelblau_hessian!(x::Vector, hessian::Matrix)
hessian[1, 1] = 4 * (x[1]^2 + x[2] - 11) + 8 * x[1]^2 + 2
hessian[1, 2] = 4 * x[1] + 4 * x[2]
hessian[2, 1] = 4 * x[1] + 4 * x[2]
hessian[2, 2] = 4 * (x[1] + x[2]^2 - 7) + 8 * x[2]^2 + 2
end
himmelblau_hessian! (generic function with 1 method)
극값을 구하기 위한 여러 알고리즘이 있다. 먼저 Nelder Mead 방법을 사용하겠다.
julia> optimize(himmelblau, [2.5, 2.5], NelderMead())
Results of Optimization Algorithm
* Algorithm: Nelder-Mead
* Starting Point: [2.5,2.5]
* Minimizer: [3.0000037281643586,2.000010544994531]
* Minimum: 3.190899e-09
* Iterations: 35
* Convergence: true
* √(Σ(yᵢ-ȳ)²)/n < NaN: false
* Reached Maximum Number of Iterations: false
* Objective Function Calls: 70
이번엔 BFGS 알고리즘의 최소 메모리 버전을 사용하여 해를 구해보겠다.
julia> optimize(himmelblau, himmelblau_gradient!, [2.5, 2.5], LBFGS())
Results of Optimization Algorithm
* Algorithm: L-BFGS
* Starting Point: [2.5,2.5]
* Minimizer: [2.9999999999993854,2.0000000000001963]
* Minimum: 1.222536e-23
* Iterations: 6
* Convergence: true
* |x - x'| < 1.0e-32: false
* |f(x) - f(x')| / |f(x)| < 1.0e-32: false
* |g(x)| < 1.0e-08: true
* Reached Maximum Number of Iterations: false
* Objective Function Calls: 25
* Gradient Calls: 25
마지막으로 Newton's 방법을 사용하여 해를 구해보겠다.
julia> optimize(himmelblau, himmelblau_gradient!, himmelblau_hessian!, [2.5, 2.5], Newton())
Results of Optimization Algorithm
* Algorithm: Newton's Method
* Starting Point: [2.5,2.5]
* Minimizer: [3.0,2.0]
* Minimum: 0.000000e+00
* Iterations: 5
* Convergence: true
* |x - x'| < 1.0e-32: false
* |f(x) - f(x')| / |f(x)| < 1.0e-32: false
* |g(x)| < 1.0e-08: true
* Reached Maximum Number of Iterations: false
* Objective Function Calls: 19
* Gradient Calls: 19
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