《机械优化设计》实验指导书

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1、《机械优化设计》实验指导书王彩红编写院部：机电工程学院专业：机械设计专业华北科技学院二0一二年十二月上机实验说明【实验环境】操作系统：MicrosoftWindowsXP应用软件：VisualC++或TC。【实验要求】1、每次实验前，熟悉实验目的、实验内容及相关的基本理论知识。2、无特殊要求，原则上实验为1人1组，必须独立完成。3、实验所用机器最好固定，以便更好地实现实验之间的延续性和相关性，并便于检查。4、按要求认真做好实验过程及结果记录。【实验项目及学时分配】实验共计4学时，实验项目及学时分配如下：序号实验项目实验类型学时实验要求1一维搜索方法

2、验证21、明确进退法、黄金分割法的基本原理及程序框图2、编制进退法、黄金分割法程序3、用考核题对所编程序进行考核2无约束优化方法验证21、明确鲍威尔法基本原理及程序框图2、编制鲍威尔法程序3、用考核题对所编程序进行考核【实验报告和考核】1、实验报告必需采用统一的实验报告纸，撰写符合一定的规范，详见实验报告撰写格式及规范。（一）预习准备部分1.预习每次所做的实验。2.按照程序框图试写出汇编程序。（二）实验过程部分1.写出经过上机调试后正确的程序，并说明程序的功能、结构。2.记录执行程序后的数据结果。3.调试说明，包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试

3、所遇到的问题是如何解决的，并对调试过程中的问题进行分析，对执行结果进行分析。（三）实验报告内容每次上机实验结束后，学生要作一份完整的实验报告，实验报告内容应包括：1、优化方法的基本原理简述及程序框图绘制。2、编制优化方法程序。3、用考核题对所编程序进行考核。（四）实验考核办法本课程实验成绩依据以下几个方面进行考核1、实验报告2、考核所编制的程序3、实验纪律、出勤等实验（一）【实验题目】一维搜索方法【实验目的】1．熟悉一维搜索的方法－黄金分割法，掌握其基本原理和迭代过程；2．利用计算语言（C语言）编制优化迭代程序，并用给定实例进行迭代验证。【实验内容

4、】1、搜索区间的确定与区间消去法（进退法）原理（1）  方法概要  有了目标函数，确定了搜索方向，假设函数f（a）具有单谷性，确定极小点a*所在的区间[ab]：①在搜索方向上，选定初始点a1，初始点步长h0=0.01（经验，可调整），前进一步得a2点。②求出a1、a2对应的函数值y1、y2，比较对应点函数值，确定前进或后退。 （2）程序框图：2、一维搜索黄金分割法（0.618法）（1）基本思想前提：已通过进退法确定了符合函数值高低高规律的搜索区间[a，b]即，函数的极小点必在[a，b]内。所以要调用搜索区间的进退法（2）程序框图①　初始区间[a，b

5、]，由进退法确定。    　　收敛精度ε(ε=10-4~10-5),     　　缩短率λ=0.618②　计算a1、a2，f(a1)、f(a2)，③　根据区间消去法原理缩短区间,进行区间名称的代换，并保留区间中计算的一个新试验点及函数值。④　检查区间是否短到足够小和函数值收敛到足够近。若条件不满足，则返回到②。⑤若条件满足，则取最后两个试验点的平均值作为极小点数值的近似解。3、应用黄金分割算法，计算：（a0＝0，h0=0.1,e=0.001）(1)(2)(3)(4)(5)求函数自点出发，沿方向的最优步长因子a×和在d方向的极小点X*和极小值f(X*

6、)。（6）函数F(x)=x2+2x，在搜索区间-3≤x≤5时，求解其极小点X*。【思考题】说明两种常用的一维搜索方法，并简要说明其算法的基本思想。【实验报告要求】1．预习准备部分：给出实验目的、实验内容，并绘制程序框图；2．实验过程部分：编写上机程序并将重点语句进行注释；详细描述程序的调过程（包括上机调试的情况、上机调试步骤、调试所遇到的问题是如何解决的，并对调试过程中的问题进行分析。3．实验总结部分：对本次实验进行归纳总结，给出求解结果。要求给出6重迭代中a、x1、x2、b、y1和y2的值，并将结果与手工计算结果进行比较。4.回答思考题。实验（二

7、）【实验题目】无约束优化方法【实验目的】1．加深对所学多维无约束优化方法基本原理的理解，增强编制和调试程序的能力，懂得如何在多维无约束优化方法中调用一维搜索方法程序。2．以鲍威尔法为例，利用计算语言（C/C++语言）编制优化迭代程序，并用给定实例进行迭代验证。【实验内容】1．掌握鲍威尔法的基本原理和迭代步骤；2．对于函数，应用鲍威尔法，求解极小值、极小值点及迭代次数。计算：(1)初始点：或(2)初始点：(3)初始点：(4)初始点：(5)初始点：【思考题】说明三种常用的无约束优化方法，并简要说明其算法的基本思想及各自的优缺点。【实验报告要求】1．预习

8、准备部分：给出实验目的、实验内容，并绘制程序框图；2．实验过程部分：编写上机程序并将重点语句进行注释；详细描述程序的调过程