python和matlab中优化方法库比较
python 中的 scipy 也有最优化的功能,体现在里面的 optimize 中,自己简单使用了下,发现它具有以下缺点:
优化算法比较少,有信頼域、单纯形法、BFGS算法等,能够满足不少常规函数的求解,但相对于 matlab 来说还是少的;
求解带约束的优化时,还需自己定义一阶导数,海森矩阵等,这一点很不方便。像 Matlab 只需输入函数就行,不需要你自己再输入一阶导数、黑塞矩阵。
而 scipy 中求解带约束的优化问题时,需要自己计算出一阶导数或二阶导数后,再输入
跟专业的优化软件 Matlab, Lingo 等还有不少差距。
利用 matlab 提供 fsolve 函数可以直接
解出该非线性方程的数值解。fsolve 函数默认的是 trust-region-dogleg 算法,还
可以用 trust-region-reflective 或 levenberg-marquardt 算法,但由于方程过于复杂,
解一次方程的时间大概是 150ms,效率偏低,很难保证测量位置实时显示的要
求。
非线性优化方法
高斯牛顿法和LM算法
高斯牛顿法主要利用泰勒展开的方法,将非线性
问题转化为线性问题进行求解,该方法的缺点在于对参数初始值的选择较为严格,
不恰当的初始值可能会导致迭代后的函数值大于迭代前的函数值,造成迭代无法
进行下去,最终得到错误的结果。
梯度下降法的寻优方向为梯度方向的反方向,
初始值可以任意设定,但其缺点在于离最优解较远处下降较快,而在靠近最优解时
下降缓慢,寻优效率不高。
LM 算法介于高斯牛顿法与梯度下降法之间,其在高斯
牛顿法中加入比例系数 λ,当 λ 取值较大时,LM 算法相当于梯度下降法,可以进
行全局搜索;随着迭代的次数的增加,λ 值越来越小,当 λ 取值很小时,该算法则
与高斯牛顿法类似,可以快速收敛到最优解。因此,LM 算法同时具备这两种算法
的优点,对于处理冗余参数问题具有独特的优势,在参数求解时能有效避免陷入局
部最优,处理复杂问题的效率也较高
- LM算法
LM对于初始点选择还是比较敏感;最小二乘法无需选取初始点(先验信息)
关于局部最优的判断
同一初始值,多跑几次
不同初始值,多跑几次
如果差异较大,则可能为局部最优解!