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利用 MATLAB 对象进行自动微分:无需有限差分即可自动求解函数导数 - MATLAB开发

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简介:
本项目展示了如何使用MATLAB对象实现自动微分技术,能够高效准确地计算复杂函数的导数,避免了传统有限差分方法中的近似误差。 自动微分是一种利用链式法则来计算函数导数的技术,在Matlab中可以轻松实现这一技术。需要注意的是,这个程序包是在较旧版本的Matlab中开发的,因此在新版本使用时可能需要进行相应的调整。 以下是一个示例代码段,用于演示如何使用自动微分在点[1,2]处计算Rosenbrock函数及其导数: ```matlab x = adiff([1, 2]); % 在 [1,2] 处创建自动微分对象 rosen = 100*(x(1)^2 - x(2))^2 + (x(1) - 1)^2; % 计算 Rosenbrock 函数。 [x, dx] = adiffget(x); % 检索值和导数 ``` 执行上述代码后,`x` 的值为 100,并且 `dx` 包含了相应的导数值 [-400,200]。 此外,adiff 对象提供了一个辅助函数,可以将那些原本不计算导数的优化问题转换成能够利用自动微分技术的问题。例如,在你想要优化一个没有显式定义其导数的函数 f 时,通常情况下你可以借助于 `fminunc` 函数配合自动微分来完成这一任务。

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    本项目展示了如何使用MATLAB对象实现自动微分技术,能够高效准确地计算复杂函数的导数,避免了传统有限差分方法中的近似误差。 自动微分是一种利用链式法则来计算函数导数的技术,在Matlab中可以轻松实现这一技术。需要注意的是,这个程序包是在较旧版本的Matlab中开发的,因此在新版本使用时可能需要进行相应的调整。 以下是一个示例代码段,用于演示如何使用自动微分在点[1,2]处计算Rosenbrock函数及其导数: ```matlab x = adiff([1, 2]); % 在 [1,2] 处创建自动微分对象 rosen = 100*(x(1)^2 - x(2))^2 + (x(1) - 1)^2; % 计算 Rosenbrock 函数。 [x, dx] = adiffget(x); % 检索值和导数 ``` 执行上述代码后,`x` 的值为 100,并且 `dx` 包含了相应的导数值 [-400,200]。 此外,adiff 对象提供了一个辅助函数,可以将那些原本不计算导数的优化问题转换成能够利用自动微分技术的问题。例如,在你想要优化一个没有显式定义其导数的函数 f 时,通常情况下你可以借助于 `fminunc` 函数配合自动微分来完成这一任务。
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  • 基于法计算的二阶 - MATLAB
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    本MATLAB资源提供了使用Gauss-Laguerre求积法计算指数衰减函数在半无穷区间上的数值积分的方法,适用于科学与工程中的多种应用。 在MATLAB中,Gauss-Laguerre数值积分方法是一种高效计算实变函数在正无穷区间上积分的技术。此方法基于Laguerre多项式,这是一种特殊的正交多项式序列,适用于对指数衰减的函数进行积分。这种算法在处理物理、工程和数学问题时非常有用,因为很多实际问题的解往往具有这种形式。 拉盖尔多项式(Laguerre polynomials)是一组形如 \( L_n(x) \) 的一元多项式,其中 \( n \) 是非负整数。它们满足以下正交性关系: \[ \int_0^\infty e^{-x} L_m(x) L_n(x) dx = \frac{n!}{m!} \delta_{mn} \] 这里,\( \delta_{mn} \) 是Kronecker delta,当 \( m=n \) 时为1,否则为0。拉盖尔多项式的生成函数可以表示为: \[ (1 - tx)^{-1} = \sum_{n=0}^{\infty} L_n(x) t^n \] Gauss-Laguerre积分法利用了这些多项式的性质,通过选取适当的节点(Gauss点)和权重,可以得到对称的加权多项式插值,从而近似原函数的积分。节点是多项式在区间 \( [0, \infty) \) 上的零点,而权重与多项式的正交性有关。 MATLAB中实现该方法通常包括以下几个步骤: 1. 计算Gauss-Laguerre节点和权重:这可以通过求解Laguerre多项式的导数等于零来得到。MATLAB中的内置函数`legval`或`orthopoly1d`可以用于计算节点和权重。 2. 定义待积函数:用户需要提供一个MATLAB函数句柄,表示需要积分的函数。 3. 应用Gauss-Laguerre规则:使用节点和权重对函数进行插值,然后求和以得到积分近似值。公式如下: \[ \int_0^\infty f(x) e^{-x} dx \approx \sum_{i=1}^{n} w_i f(x_i) \] 其中,\( x_i \) 是Gauss点,\( w_i \) 是相应的权重,\( n \) 是使用的Gauss点的数量。 在提供的压缩包文件中可能包含了以下内容: - `laguerre_polynomial.m`: 这是一个函数,用于生成任意阶数的拉盖尔多项式。 - `gauss_laguerre_nodes_weights.m`: 可能是计算Gauss-Laguerre节点和权重的函数。 - `gauss_laguerre_integral.m`: 实现了Gauss-Laguerre积分算法的函数,接受待积函数和阶数作为输入。 - 示例脚本:可能包含一个示例脚本,演示如何调用上述函数来计算特定函数的积分。 通过这些文件,用户可以学习如何在MATLAB中自定义实现Gauss-Laguerre积分,并理解其工作原理。对于需要对指数衰减函数进行积分的科学计算任务而言,这是一个非常实用的方法。实际应用中,根据问题的具体需求调整使用的Gauss点数量以获得所需精度是可行的。
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