Кіріспе
Кейбір оңтайландыру мәселелерін шешу процесі Математикада сызықтық емес бағдарламалау (NLP) – бұл оңтайландыру мәселесін шешу процесі, онда кейбір шектеулер сызықтық теңдіктер болып табылмайды немесе мақсаттық функция сызықтық функция болып табылмады. Оңтайландыру мәселесі – белгісіз нақты айнымалылар жиынында мақсаттық функцияның экстремумдарын (максимумдар, минимумдар немесе тұрақтанған нүктелерді) есептеу, сондай-ақ теңдіктер мен теңсіздіктер жүйесін қанағаттандыру шартымен, олар жиынтығы шектеулер деп аталады. Бұл математикалық оңтайландырудың сызықтық емес мәселелермен айналысатын кіші саласы.
In mathematics, nonlinear programming (NLP) is the process of solving an optimization problem where some of the constraints are not linear equalities or the objective function is not a linear function. An optimization problem is one of calculation of the extrema (maxima, minima or stationary points) of an objective function over a set of unknown real variables and conditional to the satisfaction of a system of equalities and inequalities, collectively termed constraints. It is the sub field of mathematical optimization that deals with problems that are not linear.
Қолданылуы
Типикалық дөңес емес проблема – әртүрлі байланыстар мен сыйымдылық шектеулері бар, бір немесе бірнеше масштабтық үнемділіктерді көрсететін көлік әдістері жиынтығынан таңдау арқылы көлік шығындарын оңтайландыру. Мысалы, мұнай өнімдерін құбыр, теміржол цистернасы, автокөлік цистернасы, өзен баржасы немесе жағалау танкерлерінің таңдалуы немесе комбинациясы арқылы тасымалдау. Экономикалық партия мөлшеріне байланысты, шығын функцияларында үздіксіз өзгерістерге қоса, үзілістер де болуы мүмкін. Эксперименталды ғылымда, қарапайым деректерді талдаудың кейбір түрлері (мысалы, белгілі орны мен пішіні, бірақ белгісіз мөлшері бар шыңдардың қосындысымен спектрді сәйкестендіру) сызықтық әдістермен жүргізілуі мүмкін, бірақ көбінесе бұл мәселелер де сызықтық емес. Әдетте, зерттеліп отырған жүйенің өзгермелі параметрлері бар теориялық моделі және эксперимент(тер)дің, сондай-ақ беймәлім параметрлері болуы мүмкін моделі болады. Санық түрде ең жақсы сәйкестікті табуға тырысады. Мұндай жағдайда, ең жақсы сәйкестіктің өзімен қатар, нәтижелердің дәлдігін өлшеу де қажет.
Талдау әдістері
Дифференциалдану және шектеу талаптары орындалған жағдайда, Каруш-Кун-Таккер (ККТ) шарттары шешімнің оңтайлы болуы үшін қажетті шарттарды береді. Егер кейбір функциялар дифференциалдалмайтын болса, Каруш-Кун-Таккер (ККТ) шарттарының субдифференциалдық түрлері қолданылады. Дөңестік болған жағдайда, ККТ шарттары жаһандық оптимум үшін жеткілікті. Дөңестік болмаған жағдайда, бұл шарттар тек жергілікті оптимум үшін ғана жеткілікті. Кейбір жағдайларда жергілікті оптимумдардың саны аз болады, сонда олардың барлығын аналитикалық түрде тауып, мақсаттық функцияның мәні ең кіші болатынды анықтауға болады.
Бұтақталған және байланған
Тағы бір әдіс тармақталу және шектеу техникаларын қолдануды қамтиды, онда бағдарлама ішкі классқа бөлінеді, оларды дөңгелек (минимизациялау мәселесі) немесе сызықтық жуықтаулармен шешіледі, бұл бөліністің ішіндегі жалпы құнның төменгі шегін құрайды. Кезекті бөліністермен, белгілі бір сәтте нақты шешім алынады, оның құны кез келген жуықталған шешімдер үшін алынған ең жақсы төменгі шекке тең болады. Бұл шешім оптималды, бірақ мүмкін бірегей емес. Алгоритмді ертерек тоқтатуға болады, ең жақсы шешім табылған нүктенің толеранттық шегінде екендігіне сенімділікпен; мұндай нүктелер ε-оптималды деп аталады. Шекті тоқтаруды қамтамасыз ету үшін, әдетте, ε-оптималды нүктелерге дейін тоқтату қажет. Бұл әсіресе үлкен, қиын мәселелер және белгісіз құн немесе шамалар бар мәселелер үшін пайдалы, онда белгісіздікті тиісті сенімділік бағасымен бағалауға болады.