2. Optimallashtirish masalasini ychishning Nyuton usuli

22-MA’RUZA
OPTIMALLASHTIRISH USULLARI
Reja:
1. Optimallashtirish masalaning qoʻyilishi

2. Optimallashtirish masalasini ychishning Nyuton usuli

Tayanch soʻzlar: funksiya, optimallashtirish, Nyuton usuli, minimum, maksimum, shartsiz optimallashtirish, shartli optimallshtirish.

1. Masalaning qoʻyilishi

Insonlar oʻz faoliyati davomida har bir ishning mumkin boʻlgan variantlaridan eng maqbulini tanlashga harakat qiladi. Agar bu ish harajatlar bilan bog‘liq boʻlsa, harajatlarni kamaytirish, agar ish daromad bilan bog‘liq boʻlsa, daromadlarni koʻpaytirish maqsad qilinadi. Demak, masala shartidan kelib chiqib, harajat yoki daromadni ifodalovchi maqsad funksiyasi tuziladi. Soʻngra shu maqsad funksiyasining eng katta yoki eng kichik qiymatlarini topish kerak boʻladi. Bunday masalalarga optimallashtirish masalalari deyiladi.

Optimallash masalalari bilan inson faoliyatining istalgan doirasida, shaxsiy ishlardan tortib umumdavlat ishlarigacha boʻlgan darajada oshkor yoki oshkormas shaklda duch kelamiz. Iqtisodiy rejalashtirish, boshqarish, chegaralangan resurslarni taqsimlash, ishlab chiqarish jarayonini tahlil qilish, murakkab ob’yektlarni loyihalash doim moʻljallangan maqsad nuqtai nazaridan eng yaxshi variantni izlashga qaratilgan boʻlishi lozim. Matematik nuqtai nazardan maqsad funksiyasi oshkor formula bilan berilgan va differensiallanuvchi funksiyadan iborat boʻlgan hol eng sodda optimallash masalasidir. Bu holda funksiyaning xossalarini tekshirish, uning oʻsish va kamayish yoʻnalishlarini aniqlash, lokal ekstremum nuqtalarini izlashda hosiladan foydalanish mumkin.

1. Shartsiz optimallashtirish usullari

Koʻpgina nazariy va amaliy masalalarni yechish n-oʻlchovli vektor argumentli f(х) skalyar funksiya ekstremumi (eng katta yoki eng kichik qiymati) ni izlashga keltiriladi. Bundan keyin x deganda n–oʻlchovli fazodagi nuqtani, ya’ni vektor-ustunni tushunamiz:

Vektor-satr esa vektor-ustunni transponirlash bilan hosil qilinadi:
.
Optimallanuvchi f(x) funksiyaga maqsad funksiyasi yoki optimallashtirish kriteriysi deyiladi.
Maqsad funksiyasining minimumini aniqlovchi х* vektorga optimal vektor deyiladi.
Ta’kidlash kerakki, f(x) funksiyani maksimallash masalasini unga ekvivalent boʻlgan minimallash masalasiga almashtirish mumkin yoki aksincha. Buni bir oʻzgaruvchili funksiya misolida qarab chiqamiz (1-shakl).



1-shakl

Agar х* nuqta y = f(x) funksiyaning minimumi boʻlsa, u holda f(x) va -f(x) funksiyalarning grafiklari abssisa oʻqiga nisbatan simmetrik boʻlganligi sababli y=–f(x) funksiya uchun bu nuqta maksimum nuqtasi boʻladi. Demak, oʻzgaruvchining bitta qiymatida f(x) funksiya minimumga; –f(x) funksiya esa maksimumga erishadi, ya’ni

.
Bir oʻzgaruvchili funksiyalar uchun oʻrinli boʻlgan ushbu holatni koʻp oʻzgaruvchili funksiyalar uchun ham qoʻllash mumkin. Agar funksiyani minimallash masalasini funksiyani maksimallash masalasi bilan almashtirishga toʻg‘ri kelsa, u holda maksimumni topish oʻrniga funksiya minimumini topish yetarli boʻladi, ya’ni
.
Ushbu tasdiqdan bundan keyin faqat minimallash masalalari haqida gapirish mumkin degan xulosa kelib chiqadi.
Haqiqiy amaliy masalalarda oʻzgaruvchiga va ob’yekt, tizim, jarayonlar sifat xossalarini xarakterlovchi ba’zi funksiyalar larga quyidagicha chegaralar (shartlar) qoʻyilishi mumkin:



bunda
;
Bunday masalalarga shartli optimallashtirish masalalari deyiladi. Cheklovlari boʻlmagan masalalar shartsiz optimallashtirish masalalari deyiladi.
Shаrtsiz ekstrеmum mаsаlаsining yеchimini tоpish tаlаb qilingаn boʻlsin, ya’ni funksiyaning mаksimumini (minimumini) nuqtаlаrdа qidirish mumkin boʻlsin.
funksiya 1-tаrtibli hоsilаlаri bilаn birgаlikdа uzluksiz boʻlsа, uning ekstrеmumi quyidаgi tеnglаmаlаr sistеmаsini qаnоаtlаntirаdi:
(8.1)
Dеmаk, bеrilgаn funksiya Х₀ nuqtаdа ekstrеmumgа egа boʻlishi uchun bu nuqtа (8.1) sistеmаning yеchimi boʻlishi kеrаk:
(8.2)
(8.2) tеngliklаr Х₀ nuqtаdа f(X₀) funksiya mаksimum yoki minimumgа egа boʻlgаndа, shu nuqtаdа undаn n tа х₁,х₂,...,х_n nоmа’lumlаr boʻyichа оlingаn хususiy hоsilаlаr 0 gа tеng boʻlishi kеrаkligini koʻrsаtаdi. Lеkin bundаn (8.1) shаrtni qаnоаtlаntiruvchi hаr qаndаy nuqtа hаm funksiyagа mаksimum yoki minimum qiymаt bеrаdi dеgаn хulоsа kеlib chiqmаydi.
(8.1) sistеmаning yеchimlаrini stаtsiоnаr nuqtаlаr dеyiladi. Bеrilgаn f(X) funksiya ekstrеmumgа erishаdigаn nuqtа stаtsiоnаr nuqtа boʻlаdi, lеkin hаr qаndаy stаtsiоnаr nuqtаdа hаm funksiya ekstrеmumgа erishаvеrmаydi.
Dеmаk, (8.1) shаrt funksiya ekstrеmumi boʻlishining zаruriy shаrti, lеkin u yеtаrli emаs. Quyidаgi tеоrеmа stаtsiоnаr nuqtаning 1- vа 2-tаrtibli хususiy hоsilаlаri uzluksiz boʻlgаn, n oʻzgаruvchili uzluksiz funksiyaning ekstrеmаl nuqtаsi boʻlishi uchun yеtаrli shаrtni koʻrsаtаdi.