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双层优化入门(2)- 使用YALMIP进行双层优化求解

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简介:
本教程为《双层优化入门》系列第二部分,介绍如何利用YALMIP工具箱在MATLAB环境中实现双层优化问题的建模与求解。适合初学者快速上手。 压缩包里提供了基于YALMIP求解双层优化问题的原理说明及相关代码。其中包括了两个函数的使用: 1. KKT 函数通过调用 YALMIP 工具箱中的 KKT 函数,可以直接求出优化问题的 KKT 条件,省去手动编写步骤。该命令派生在变量 z 中参数化的线性或二次规划的 KKT 系统。第二个输出包含有关所分析问题、原始变量和对偶变量以及它们之间可能边界的信息。KKT系统将包含一个互补约束,YALMIP可以使用整数规划或全局非线性规划来解决该约束。这两种方法都需要对偶变量的边界。默认情况下,YALMIP 尝试派生这些边界并将它们添加到 KKT 系统中。 2. solvebilevel 函数是 YALMIP 工具箱内置的求解双层优化问题的函数。通过这个函数,不需要手动写 KKT 条件或使用 KKT 函数,直接将上、下层优化的目标函数和约束条件放入其中即可求出结果。

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  • 2)- 使YALMIP
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    本教程为《双层优化入门》系列第二部分,介绍如何利用YALMIP工具箱在MATLAB环境中实现双层优化问题的建模与求解。适合初学者快速上手。 压缩包里提供了基于YALMIP求解双层优化问题的原理说明及相关代码。其中包括了两个函数的使用: 1. KKT 函数通过调用 YALMIP 工具箱中的 KKT 函数,可以直接求出优化问题的 KKT 条件,省去手动编写步骤。该命令派生在变量 z 中参数化的线性或二次规划的 KKT 系统。第二个输出包含有关所分析问题、原始变量和对偶变量以及它们之间可能边界的信息。KKT系统将包含一个互补约束,YALMIP可以使用整数规划或全局非线性规划来解决该约束。这两种方法都需要对偶变量的边界。默认情况下,YALMIP 尝试派生这些边界并将它们添加到 KKT 系统中。 2. solvebilevel 函数是 YALMIP 工具箱内置的求解双层优化问题的函数。通过这个函数,不需要手动写 KKT 条件或使用 KKT 函数,直接将上、下层优化的目标函数和约束条件放入其中即可求出结果。
  • 规划问题的_Solving.rar: 与决策
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    本资源探讨了双层规划问题及其解决方案,涵盖了模型构建、算法设计及应用实例。旨在为研究双层优化和决策提供理论支持和技术指导。下载包含详细资料与代码示例。 双层优化模型的求解思路为:首先对上层决策变量进行编码,并将其代入下层规划模型中,通过求解得到下层决策变量值后,再将这些值代入上层模型计算适应度值。接下来执行交叉、变异和选择操作,最终得出最优解。
  • 指南-基本原理与方法
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    《双层优化入门指南》是一本介绍双层优化问题的基本概念、理论基础及其求解策略的书籍。书中涵盖了模型构建、算法设计和应用案例,适合初学者快速掌握该领域的核心知识和技术。 双层优化问题(Bilevel Programming Problems)也被称为双层规划,在1934年由Stackelberg在经济学研究中首次提出,因此又称为Stackelberg问题。这类问题通常具有层次性、独立性、冲突性、优先性和自主性的特点。对于小规模的线性双层优化问题,即使通过迭代也无法求得解;而实际中的复杂情况往往涉及大规模或非线性的模型,这些情况下简单的迭代方法难以适用。实际上,双层优化问题是NP难题,因此通常采用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件来将其转化为单层优化问题进行解决。本段落介绍了双层优化的基本原理和求解策略,并详细讲解了如何在双层优化中应用KKT条件以及提供了相应的MATLAB代码供学习参考。
  • 方法
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    实用双层优化方法旨在介绍一种结合了基础与高级策略的创新优化技术,特别适用于解决复杂系统中的资源配置和决策问题。该方法通过内外两层迭代机制,有效提升了解决实际问题的效率和精度,在工程设计、经济分析等领域展现出广阔应用前景。 这本书介绍了双层规划的英文内容,并以清晰的文字版完整呈现。书中提供了简单的例子,便于学习理解。
  • 智能算法实现问题(附MATLAB代码)
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    本研究探讨了采用智能优化算法解决复杂双层优化问题的方法,并提供了详细的MATLAB代码实例。通过实验验证了所提方法的有效性和高效性,为相关领域研究人员提供参考和借鉴。 除了数学规划方法之外,还可以利用智能优化算法来解决双层优化问题。通常情况下,在上层使用智能优化算法而在下层应用数学规划方法;或者在上下两层面都采用智能优化算法进行求解。这篇博客将详细介绍这一过程。 我们继续以线性双层优化问题为例,并且由于这个问题相对简单,我们将运用最基础的粒子群算法来解决它。资源包括三部分:1. 基础粒子群算法的MATLAB代码;2. 用粒子群算法求解带约束的优化问题的MATLAB代码;3. 利用粒子群算法处理双层优化问题的MATLAB代码。 尽管智能优化算法能够提供多种选择,但它们无法保证找到全局最优解。即使是最简单的目标函数也可能面临这一挑战,在更复杂的目标函数情况下,情况会更加严峻。目前有许多不同的动植物启发式方法和改进版本被提出,但是这些问题依旧没有得到根本性的解决——即确保算法的全局收敛性。 因此,在数学模型非常复杂、非线性条件众多且可以接受一定误差的情况下,才建议使用智能优化算法进行求解。
  • 算法的MATLAB实现
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    本研究旨在通过MATLAB编程语言开发和实现一种高效的双层优化算法。该方法结合了内外两层迭代策略,以解决复杂工程问题中的多目标优化挑战,并提供了详尽的代码示例及应用案例分析。 解决非线性双层规划问题的算法涉及复杂的数学建模与优化技术。这类问题通常包括一个主问题(上层)和一个或多个子问题(下层),其中每个层次的目标函数可能包含非线性项,使得求解过程变得非常具有挑战性。 为了解决这些问题,研究人员开发了多种方法和技术,其中包括但不限于遗传算法、粒子群优化以及混合整数规划技术。这些解决方案旨在找到全局最优解或者近似最优解,并且在实际应用中广泛用于工程设计、经济管理等领域中的复杂决策问题。 非线性双层规划的研究不仅理论意义重大,在许多现实世界的应用场景下也展现出巨大的实用价值,因此吸引了众多学者的关注和研究兴趣。
  • 基于的电动汽车调度研究.zip
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    本研究探讨了采用双层优化方法解决电动汽车调度问题,旨在提高效率和减少能耗,为新能源交通工具的应用提供理论支持。 MATLAB代码:基于双层优化的电动汽车优化调度研究 关键词: - 双层优化 - 选址定容 - 输配协同 - 时空优化 参考文献:《考虑大规模电动汽车接入电网的双层优化调度策略_胡文平》中文版,《A bi-layer optimization based temporal and spatial scheduling for large-scale electric vehicles》。 完全复现仿真平台: MATLAB+CPLEX 平台优势: 代码具有一定的深度和创新性,注释清晰,非烂大街的代码,非常精品! 主要内容: 该代码主要解决的是一个双层电动汽车充放电行为优化问题。具体来说,在输电网层面进行上层优化时,将电动汽车与发电机、基本负荷协调,并考虑风力发电的影响,在时间维度内对电动汽车的充电周期进行优化。而在配电网层面,则在空间维度调度电动汽车负荷的位置。此外,代码还研究了不同风电出力场景下电动汽车的适应性问题,具有一定的创新性和实用性,适合新手学习和在此基础上进一步拓展研究。 该代码的质量非常高,并且有详细的注释以及模块化子程序设计,确保所有数据来源可靠。
  • 基于算法的多目标问题及MATLAB实现(附Bilevel Optimization Algorithm.zip)
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    本研究提出了一种新颖的双层优化算法以解决复杂的多目标优化问题,并提供了在MATLAB中的实现方法。附带源代码包Bilevel Optimization Algorithm.zip便于实践与应用。 基于双层优化算法求解多目标优化问题的研究探讨了如何利用该方法有效解决复杂场景下的多个相互冲突的目标优化任务。这种方法通过构建内外两层的迭代寻优机制,能够在保持解决方案多样性的前提下找到更为理想的帕累托前沿解集,为实际工程应用中的决策支持提供了新的思路和手段。
  • BilevelOptimization.jl:利JuMP的工具箱以难题
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    BilevelOptimization.jl是一款基于JuMP框架开发的Julia语言工具包,专门用于求解复杂的双层优化问题。通过灵活且高效的建模方式,它为研究人员和工程师提供了一个强大的平台来探索多层次决策制定中的挑战。 **正文** `BilevelOptimization.jl` 是一个针对Julia编程语言设计的开源工具箱,专门用于解决双层优化问题。这种类型的问题在许多实际应用中都有所涉及,例如机器学习中的元学习、经济决策分析、资源分配以及多智能体系统等场景。该库基于 `JuMP`(Julia 的数学编程接口),为用户提供了简洁且高效的模型构建语法,使得复杂的双层优化问题得以简化。 **一、双层优化问题概述** 双层优化问题包含两个相互关联的层次:上层和下层。在这些层级中,上层的问题决策变量会影响下一层结构及解法的选择;而下一层的结果又反过来影响到上层面的目标函数值计算。这种类型的问题通常出现在有领导者与跟随者关系的情境里,即领导者设定规则,并且跟随者根据这些规则进行响应。 **二、JuMP简介** `JuMP` 是 Julia 语言的一个核心库,它提供了一种高级的声明式方式来定义数学优化模型。通过 JuMP,用户可以轻松地表达线性、二次和非线性问题并支持多种求解器,包括但不限于线性和整数规划以及二次规划等类型的问题解决方案。 **三、`BilevelOptimization.jl` 主要特性** 1. **模型构建**: 提供了易于理解和使用的 API ,允许用户以自然的 Julia 语法定义双层优化问题。 2. **兼容性**: 兼容 `JuMP`, 可利用其支持的各种开源和商业求解器,进行复杂计算任务处理。 3. **互补松弛法**: 对于不可行的问题, 提供了近似的解决方法——互补松弛技术来寻找最优或次优解。 4. **示例与文档**: 丰富的代码实例及详尽的使用指南帮助用户快速掌握并理解双层优化问题建模过程。 5. **社区支持**: 此开源项目受到广泛的 Julia 社区的支持,不断更新和完善。 **四、标签相关知识点** 1. **Optimization:** 寻找一组决策变量以最大化或最小化目标函数,在满足特定约束条件下进行操作的过程。 2. **Julia:** 一种高性能的动态语言, 特别适合于数值计算和科学计算领域,并且具有丰富的库支持以及快速编译器性能。 3. **Bilevel-Optimization:** 双层优化问题,涉及两个相互关联的层次结构的问题定义与求解方法。 4. **Jump:** JuMP 是 Julia 的数学编程框架, 用于建立并解决各种类型的优化模型。 5. **Julialang:** 概述了 Julia 编程语言及其周边生态系统的相关信息。 6. **Mathematical-Programming:** 使用数学技术来解决问题的领域,特别是涉及目标函数和约束条件下的最优化问题求解策略。 7. **Complementarity-Constrains:** 一种特殊的约束类型,在处理二元关系时非常有用的技术手段, 如互补松弛法的应用场景。 通过 `BilevelOptimization.jl`, 用户可以更有效地解决双层优化问题,利用 `JuMP` 的强大功能进行模型定义,并借助 Julia 高性能特性实现高效求解。该库为科研和工业界提供了一个强大的工具,有助于推动相关领域的研究与应用实践。
  • 基于的电动汽车调度研究及MATLAB实现
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    本文探讨了基于双层优化理论在电动汽车调度中的应用,并通过MATLAB进行了仿真验证。研究表明该方法能有效提升电动汽车调度效率和资源利用率。 参考文献为《考虑大规模电动汽车接入电网的双层优化调度策略_胡文平》中文版及英文版《A bi-layer optimization based temporal and spatial scheduling for large-scale electric vehicles》。本项目完全复现了仿真平台,使用MATLAB和CPLEX进行开发。代码具有深度和创新性,并且注释清晰详尽,不是常见的模板化代码,非常值得学习。 主要内容是解决电动汽车充放电行为的双层优化问题:输电网层面协调电动汽车与发电机及基本负荷的关系,并考虑风力发电的影响,在时间维度上对电动汽车的充电周期进行最优化。另一方面,配电网层面则在空间维度调度电动汽车的位置以实现最优配置。此外,代码还研究了不同风电出力场景下电动汽车行为的适应性问题。 本项目适合新手学习和进一步拓展,代码质量非常高,并且提供了详细的注释以及模块化的子程序设计思路。所有数据来源可靠,确保您能够充分理解并有效使用这些资源。