使用lambda表达式实现不等式约束条件

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用户11021319

修改于 2024-03-19 09:30:32

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修改于 2024-03-19 09:30:32

问题背景 在优化算法中，我们常常需要对优化变量施加约束条件，以控制变量的取值范围或变量之间的关系。使用lambda表达式可以方便地定义约束条件函数。然而，在使用lambda表达式定义不等式约束条件时，可能会遇到一些问题。例如，以下代码片段尝试定义三个不等式约束条件：

import numpy 
from numpy import asarray

Initial = numpy.asarray [2.0, 4.0, 5.0, 3.0, 5.0, 6.0]      
 # Initial values to start with
bounds = [(1, 5000), (1, 6000), (2, 100000), (1, 50000), (1.0, 5000), (2, 1000000)] 

# actual passed bounds

b1 = lambda x: numpy.asarray([1.4*x[0] - x[0]])  
b2 = lambda x: numpy.asarray([1.4*x[1] - x[1]])  
b3 = lambda x: numpy.asarray([x[2] - x[3]])     
constraints = numpy.asarray([b1, b2, b3])

opt= optimize.fmin_slsqp(func,Initial,ieqcons=constraints,bounds=bounds, full_output=True,iter=200,iprint=2, acc=0.01)

这段代码中，b1、b2和b3分别定义了三个不等式约束条件：

b1：e必须介于a和1.4*a之间
b2：f必须介于b和1.4*b之间
b3：c必须大于d

但是，这段代码并不能正确地工作。这是因为，在定义不等式约束条件时，我们使用了不正确的语法。正确的语法应该是：

b1 = lambda x: numpy.asarray([1.4*x[0] - x[4], x[4]-x[0]])  
b2 = lambda x: numpy.asarray([1.4*x[1] - x[5], x[5]-x[1]])  
b3 = lambda x: numpy.asarray([x[2] - x[3]])     
constraints = numpy.asarray([b1, b2, b3])

在修改后的代码中，我们使用了一个数组来表示不等式约束条件。每个数组包含两个元素，分别对应于不等式约束条件的左端和右端。例如，b1表示的第一个不等式约束条件是：

1.4*x[0] - x[4] >= 0

而第二个不等式约束条件是：

x[4]-x[0] >= 0

这两个不等式约束条件组合起来，就表示e必须介于a和1.4*a之间。

解决方案 为了正确地使用lambda表达式定义不等式约束条件，我们需要按照以下步骤进行操作：
将不等式约束条件转换为等式约束条件。例如，不等式约束条件x<y可以转换为等式约束条件x-y<=0。
使用lambda表达式定义等式约束条件函数。
将等式约束条件函数传递给优化算法的ieqcons参数。

以下是一个使用lambda表达式定义不等式约束条件的示例：

import numpy 
from numpy import asarray

Initial = numpy.asarray [2.0, 4.0, 5.0, 3.0, 5.0, 6.0]       # Initial values to start with


bounds = [(1, 5000), (1, 6000), (2, 100000), (1, 50000), (1.0, 5000), (2, 1000000)] 

# actual passed bounds

b1 = lambda x: x[4]-x[0] if x[4]<1.2*x[0] else 1.4*x[0]-x[4]
b2 = lambda x: x[5]-x[1] if x[5]<1.2*x[1] else 1.4*x[1]-x[5]
b3 = lambda x: x[2]-x[3]     
constraints = numpy.asarray([b1, b2, b3])

opt= optimize.fmin_slsqp(func,Initial,ieqcons=constraints,bounds=bounds, full_output=True,iter=200,iprint=2, acc=0.01)

这段代码中，b1、b2和b3分别定义了三个不等式约束条件：