非光滑方程光滑Broyden方法的全局收敛性

考虑方程 F(x) =0 .其中 F:Rn→Rn 是局部 Lipschitz连续但不可微的 .对上述方程提出了光滑 Broyden方法 ,即利用一光滑函数 f(x,ε)逼近非光滑函数 F(x) ,每一步用 Broyden公式计算修正矩阵 ,并进行适当的线性搜索 ,在较弱的条件下 ,给出了算法的全局收敛性 .

基于七阶NR法与Broyden方法的柔性直流系统潮流新算法

目的 为了解决当前柔性直流输电系统潮流算法求解效率低的问题,方法 首先提出基于七阶NR法的潮流算法,该算法相较于传统的潮流算法具有更高的收敛阶数,可以有效减少迭代次数,提高算法效率;其次,针对七阶NR法单步迭代计算量大的问题,提出基于七阶NR法与Broyden方法的改进算法,利用七阶NR法突出的收敛特性,减少迭代次数,同时保留Broyden方法单步迭代计算成本较低的优势,避免浪费计算能力,使计算效率得到较大提升;最后提出一种经验法则,以确定改进算法中高阶NR法的迭代次数。结果 使用经典和改进算法对修改后的IEEE标准算例进行仿真测试,结果表明:与经典NR法相比,交流和直流的改进算法潮流计算结果最大误差分别为1×10^(-8)和2×10^(-8);平均计算时间方面,在IEEE-14、IEEE-30、IEEE-57、IEEE-118共4种算例系统下,改进算法的平均计算时间比经典NR法的减少了约61%;当算例系统由双端变为三端和双馈入后,改进算法的迭代次数保持不变,计算时间分别增加0.352 ms和0.636 ms;在重负荷情况下,改进算法的计算效率最高,且预设迭代次数较简单,当负荷值达到2.992时,其计算时间仅为经典NR法的60%。结论 本文的改进算法具有与经典NR法相同的精确性,但在计算速度方面更有优势,且更有利于在重负荷等极端情况下使用。

定向距离函数的光滑化方法及其应用

本文考虑定向距离函数的光滑化表示及其应用。首先在已有的两种光滑化方法的基础上,给出了这类特殊的非光滑函数的光滑化表示。作为特例,在二维空间中,给出该函数更具体的光滑化函数。最后利用定向距离函数的光滑化函数以及它在多目标优化问题标量化方法中的应用,建立非光滑多目标优化问题的光滑标量化模型,并给出了两者之间解集的关系。

部分线性变系数空间自回归模型的惩罚轮廓拟最大似然方法

主要研究了部分线性变系数空间自回归模型的变量选择问题。结合拟最大似然方法、局部线性光滑方法以及一类非凸罚函数,提出了一个变量选择方法用于同时选择该模型的参数部分中重要解释变量和估计相应的非零参数。大量模拟研究表明,所提出的变量选择方法具有满意的有限样本性质,并且关于空间权矩阵的稀疏度、空间相关强度、系数函数的复杂度以及误差分布的非正态性非常稳健。特别地,当样本容量较大且罚函数选择合适时,即使解释变量的相关性较强或者模型中含有较多不重要解释变量,所提出的变量选择方法仍然具有比较满意的有限样本性质。通过分析波士顿房屋价格数据考察了所提出的变量选择方法的实际应用效果。

基于新的NCP函数求解函数非线性互补问题的一种光滑牛顿法

互补问题是一类重要的优化问题,它是计算数学和运筹学研究的一个交叉领域,在经济、工程、交通等许多领域有广泛的应用.近年来多采用互补函数把互补问题转化为方程组的形式来求解。该文提出了一个新的光滑函数,并在此基础上建立了求解函数非线性互补问题的一步光滑牛顿法,同时在一定的条件下证明了该算法的适定性及全局收敛性.这些算法在每次迭代中只要求解一个线性方程组,并且只需执行一次线搜索,因而大大降低了计算工作量.此外,还做了一些简单的数值实验,数值结果验证了对算法所做的理论分析.

离散元与光滑颗粒流体力学耦合方法及应用

磨机尺度极大,采用常规物理相似模拟和物料平衡模型适用性的方法,无法对磨机出料端排矿的动态过程进行观测和开展定量化表征,本文通过耦合离散元方法和光滑粒子流体动力学方法实现基于动态自由面的固液两相流仿真,并应用于量化对比不同磨机衬板机械结构对其排矿效率的影响.通过开展流变仪试验及仿真,确定了反映选定矿浆的流变特性参数及对应数值模拟参数.选取直型及弧型出料端衬板设计,基于所开发的数值模拟进行磨机排矿量及矿浆提升器回流量的量化表征.数值模拟结果表明,弧型出料端衬板的排矿量提升了13.4%,且矿浆提升器回流量降低了93.3%,现场工业试验结果与数值结果误差较小,验证了所开发的数值模拟模型的准确性.

光滑粒子流体动力学方法在饱和边坡地震滑移大变形中的适用性研究

地震作用下饱和边坡破坏会产生滑移大变形行为,一般难以采用有限元等网格方法进行分析,而光滑粒子流体动力学方法可以轻松处理大变形问题。基于此,通过在光滑粒子流体动力学方法(SPH方法)中加入瑞利衰减阻尼,基于有效应力本构模型改进了SPH方法的运动方程,建立了用于饱和边坡地震滑移大变形的数值计算方法;之后与饱和土样的空心圆柱扭剪试验获取的有效应力路径和剪应力-应变滞回曲线进行了对比,取得了较为一致的结果,验证了本改进方法的可行性。最后采用建立的数值计算方法,分析了不同SPH粒子密度下饱和边坡的地震滑移行为并与Newmark方法进行了对比。研究发现,改进的SPH方法确定的饱和边坡地震滑移临界面形状与Newmark方法对数螺旋滑移面形状吻合较好;因此改进的SPH方法能较好的再现饱和边坡地震作用下的滑移大变形过程,但该方法中边坡地震滑移大变形分析结果受设置的粒子密度影响。

求解一类非光滑凸优化问题的相对加速SGD算法

一阶优化算法由于其计算简单、代价小,被广泛应用于机器学习、大数据科学、计算机视觉等领域,然而,现有的一阶算法大多要求目标函数具有Lipschitz连续梯度,而实际中的很多应用问题不满足该要求。在经典的梯度下降算法基础上,引入随机和加速,提出一种相对加速随机梯度下降算法。该算法不要求目标函数具有Lipschitz连续梯度,而是通过将欧氏距离推广为Bregman距离,从而将Lipschitz连续梯度条件减弱为相对光滑性条件。相对加速随机梯度下降算法的收敛性与一致三角尺度指数有关,为避免调节最优一致三角尺度指数参数的工作量,给出一种自适应相对加速随机梯度下降算法。该算法可自适应地选取一致三角尺度指数参数。对算法收敛性的理论分析表明,算法迭代序列的目标函数值收敛于最优目标函数值。针对Possion反问题和目标函数的Hessian阵算子范数随变量范数多项式增长的极小化问题的数值实验表明,自适应相对加速随机梯度下降算法和相对加速随机梯度下降算法的收敛性能优于相对随机梯度下降算法。

限幅型非光滑吸振器模型的稳定性与周期运动研究

本文研究具有分段光滑特性的限幅型吸振器模型的稳定性与周期运动.建立一类限幅型非光滑吸振器的动力学模型,探讨模型容许平衡点的存在性,通过Liénard-Chipart稳定性准则,分析容许平衡点的稳定性.通过参数变换,将限幅型吸振器模型转化为具有两个切换流形的四维分段光滑系统.通过计算系统首次积分,获得四维含参分段光滑动力系统在其未扰系统存在一族周期轨条件下的Melnikov函数.探讨不同参数条件下系统周期轨的存在性及个数,并利用数值模拟方法给出其相图构型,验证理论结果的正确性.研究结果表明不同的间隙参数影响系统周期轨个数及相对位置.

接触与大变形问题的光滑有限元分析

橡胶材料因具有良好的抗震、吸能作用,在实际工程中应用广泛.然而橡胶超弹性材料的碰撞属于强非线性问题,分析橡胶材料的接触碰撞和大变形问题对于提高装置的缓冲性能具有重要意义.光滑有限元法(smoothed finite element method,S-FEM)是一种弱形式的数值计算方法,相比于传统的有限元方法,光滑有限元法对网格的质量要求不高,允许单元在计算过程中发生较大的变形,且光滑域的构造比较灵活,在不增加自由度的前提下,可以达到较高的精度.在光滑有限元法的基础上,采用双势方法进行接触计算,以充分利用光滑有限元法计算大变形问题的优点和双势方法求解接触力的优势.通过与有限元软件MSC.Marc的数值结果对比,验证了该算法的准确性和能量守恒性,并且分析了摩擦因数对碰撞体的影响.

基于变密度拓扑优化构型的光滑边界提取方法

在变密度法拓扑优化结果中,灰度单元及锯齿形边界难以转化为计算机辅助设计(CAD)模型,针对这一问题,提出了一种基于变密度拓扑优化构型的光滑边界提取(重构)方法。首先,使用变密度法得到的伪密度值,在设计域中构造了一个非均匀有理B样条(NURBS)拟合曲面;然后,构造了一种二分法迭代格式,以确定满足体积约束的“零水平集”位置,并运用VBA编写了迭代程序;最后,以水平集方法中的“零水平集”作为结构边界,构成了CAD模型,实现了光滑边界的提取。研究结果表明:采用光滑边界提取方法,降低了变密度拓扑优化过程中的要求(需要减少灰度单元),消除了结果中的锯齿形边界,实现了变密度法优化构型到CAD模型的快速转换;通过3个数值算例得到的拓扑优化模型体积分数误差小于1%,边界光滑、结构性能良好,表明了光滑边界提取方法的有效性和通用性。

上浮气泡与自由表面相互作用的ISPH-FVM耦合方法模拟

上浮气泡与自由表面相互作用的过程涉及复杂的界面拓扑演化,该过程一直是气泡流研究领域广为关注的问题之一.为探究上浮气泡与自由表面相互作用动力学行为,将不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smooth particle hydrodynamics,ISPH)方法与有限体积法(finite volume method,FVM)相结合提出了一种ISPH-FVM耦合方法.在ISPH-FVM耦合方法中,粒子和网格之间的信息交互是通过核近似插值技术实现,并将连续表面应力模型(continuous surface stress,CSS)引入当前耦合框架中以评估相界面处表面张力效应.此外,CSS模型通过FVM网格上定义的体积分数进行离散和计算,并且网格上的体积分数是通过网格支持域内ISPH粒子的核近似插值获得的.随后,利用ISPH-FVM耦合方法模拟了平衡状态下圆形气泡振荡以及单气泡上升,并将模拟结果与其他数值方法结果进行比较,验证了当前耦合方法中表面张力模型的收敛性以及界面追踪的准确性.为测试ISPH-FVM耦合方法模拟涉及复杂拓扑变化气泡流的性能,对上浮气泡与自由表面相互作用的动力学行为进行了分析,并且研究了不同韦伯数(We)以及雷诺数(Re)对气泡与自由表面相互作用的影响.研究发现,随着We数增加上浮气泡与自由表面相互作用时界面将发生大的畸变并且产生的夹带液滴数量也相应增加,然而上浮气泡与自由表面相互作用的过程并没有随Re数的增加而发生明显差别.

槽宽塞规设计与使用方法探讨

针对IT6-IT10级精度等级的槽宽无法用常规量具准确测量槽宽尺寸,该文根据JJG 343—2012《光滑极限量规检定规程》和公差配合基础知识,并结合实际运用经验来介绍IT6-IT16精度等级槽宽对应的槽宽塞规的设计、现场检验作业、使用过程中存在的问题和改进方法。试验表明,槽宽塞规与相同精度等级的内径千分表相比,槽宽塞规使用操作简单、检测效率高、方便携带。同时根据通规进入槽内深度与槽宽尺寸的大小呈正向关系这一特点,根据槽宽公差等级来制定槽宽尺寸控制方法,让槽宽尺寸控制更精准,减少超差风险。

光滑粒子动力学方法的发展与应用

光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)是一种拉格朗日型无网格粒子方法,已经成功地应用到了工程和科学的众多领域.SPH使用粒子离散及代表所模拟的介质,并且基于粒子体系估算和近似介质运动的控制方程.本文分析和综述了SPH模拟方法的发展历程、数值方法与应用进展.介绍了SPH方法的基本思想;从连续性、边界处理、稳定性和计算效率4个方面阐述了SPH方法的研究现状;介绍了SPH方法近年来在可压缩流动、不可压缩流动以及弹塑性材料高速变形与失效方面的一些典型应用;并对SPH方法的发展与应用进行了预测与展望.

用修正的Broyden方法求解奇异问题

利用H ilbert空间几何特征,修正了Broyden求解奇异问题的方法.在几乎不增加计算量的前提下,使修正的Broyden方法的渐进收敛速率,由0.618 0提高到0.381 9.

变光滑长度SPH方法在入水冲击中的应用研究

计算效率低一直以来都是SPH方法(光滑粒子流体动力学方法)发展过程中面临的技术难题,而变光滑长度SPH方法既可以提高粒子非均匀分布时核函数计算精度,又能保证邻近粒子相互作用的对称匹配,因此对提高计算效率十分有益。本文采用空间变光滑长度SPH方法,并提出了一种新型的高效、高鲁棒性搜索方法,即平衡型树形搜索法(balanced alternative digital tree search algorithm,B-ADT),开展了二维楔形体入水冲击问题的应用研究,模拟结果显示文中所采用的空间变光滑长度SPH方法和平衡型树形搜索法,在保证计算精度的情况下,可以有效提高计算效率,这为下一步开展复杂工程应用打下重要基础。

带噪声散乱数据的光滑曲面重构——变分水平集方法

带噪声散乱数据点的光滑曲面重构应用广泛,基于变分水平集方法提出一种求解该问题的新的能量模型,并由此能量得到一新的微分方程,该微分方程演化后得到的极限曲面即为要重构的光滑曲面.给出了一种快速建立初始曲面的方法,节约了重构时间;然后对该微分方程的初值问题运用水平集方法求解,其中的空间方向离散化采用本质无震荡或加权本质无震荡技术,时间方向采用具有高精度的TVDRunge-Kutta技术.提出一种变步长的TVDRunge-Kutta方法来重新初始化符号距离函数,保证了Runge-Kutta方法中每一欧拉步都满足迎风设计要求.实验结果表明,该方法高效且能产生良好的重建效果.

光滑粒子动力学方法及其应用

光滑粒子动力学(Smoothed Partic le Hydrodynam ics,SPH)方法是近年来得到广泛发展和应用的无网格方法的一个重要分支,它是一种纯Lagrangian方法。本文对现有的光滑粒子动力学方法进行了综述,介绍了该方法的理论基础、连续介质守恒方程、方法稳定性的改善等,重点阐述了边界条件的处理,并给出了SPH方法的算例。最后,介绍了SPH方法的最新进展状况。

线性二阶锥规划的一个光滑化方法及其收敛性(英文)

首先讨论了用Chen-Harker-Kanzow-Smale光滑函数刻画线性二阶锥规划的中心路径条件;基于此,提出了求解线性二阶锥规划的一个光滑化算法,然后分析了该算法的全局及其局部二次收敛性质.

一种基于Comid的非光滑损失随机坐标下降方法

坐标下降方法以简洁的操作流程、低廉的计算代价和快速的实际收敛效果,成为处理大规模优化最有效的方法之一.但目前几乎所有的坐标下降方法都由于子问题解析求解的需要而假设损失函数的光滑性.本文在结构学习的框架下,在采用Comid方法求解随机挑选单变量子问题的基础上,提出了一种新的关于非光滑损失的随机坐标下降方法.理论分析表明本文所提出的算法在一般凸条件下可以得到Ο(t-(1/2)/t)的收敛速度,在强凸条件下可以得到Ο(lnt/t)的收敛速度.实验结果表明本文所提出的算法对正则化Hinge损失问题实现了坐标优化预期的效果.