基于IronPython语言的牛顿迭代算法及其工程应用

本文将牛顿迭代算法应用于仿真优化设计中,提出了一种基于IronPython寻根的闭环算法,并在Ansys Workbench平台以某容器内气流混合过程为例,验证了该算法的可行性和实施效果。该方法能够找到输出特性结果性能参数所对应的输入参数设计点,实现了CAE仿真平台上的“数学求根”,即由既定的输出性能结果参数寻找对应的输入参数设计点。该方法能够快速地实现寻优,提高了工程优化设计的效率,缩短了优化工作的周期,开创了新的设计思路,对现代科技研发具有一定的参考价值。

数值分析课程中牛顿迭代法的思政元素

数值分析是研究分析用计算机求解数学计算问题的数值计算方法及其理论的学科,是学生将来从事科学计算及相关工作的基础。在该课程中融入思政内容有利于同学们形成良好的世界观、人生观及价值观。为了把思政元素融入到课程教学中去,以求解非线性方程的牛顿迭代法为研究对象探索其与人生道理、爱国情怀、科学精神等思政元素的融合,从而增强课程的趣味性、知识性和实用性,激发学生的学习兴趣,提高学生学习效率的同时也提高学生的政治思想水平,为教师在该节课程教学中融入思政元素提供了参考。

利用高斯牛顿迭代的时频差无源定位算法

针对传统高斯牛顿迭代法在时差-频差定位中因迭代初始值不准而易出现的不收敛问题,提出一种基于约束加权最小二乘(CWLS)的高斯牛顿迭代定位算法。该算法首先将定位问题中关于目标位置、速度的时差-频差非线性定位方程转化为伪线性方程,分步估计目标位置、速度初始值;为实现初始值的精确估计,将目标位置与辅助变量等式约束关系松弛为二阶锥约束(SOCP)条件;引入随机鲁棒最小二乘(SRLS)构建新的线性关系,当新线性关系的最小二乘解不满足二阶锥约束条件时,使用半定规划(SDP)技术求解目标位置的估计解,通过获得的目标位置来对目标速度进行求解;获得目标参数估计初始值后,建立时差-频差定位系统下关于目标位置与速度的高斯牛顿迭代方程,利用高斯牛顿迭代对目标参数进行寻优求解,该迭代过程不需要引入辅助参数,可以直接得到目标参数。仿真实验表明,所提算法对近场目标与远场目标均有很好的定位效果,较已有经典两步加权算法,其鲁棒性好、定位精度高。同时,仿真结果表明了高斯牛顿迭代方程时对初始值优化的必要性。

基于牛顿迭代和凸优化的主动推力调节弹道规划方法

针对运载火箭弹道规划难以满足定量气动约束的问题,提出牛顿迭代和凸优化相结合的主动推力调节弹道规划方法。首先,基于四维牛顿迭代法在不考虑风场影响和过程约束条件下设计一条标准弹道。然后,基于主动段最大气动弯矩值(考虑风场),采用一维牛顿迭代法获得推力主动调节系数,以满足运载火箭在大风区的气动弯矩约束要求。针对推力调节后对入轨点参数的影响,在二级飞行段采用了两步校正参数自适应调节的序列凸优化方法,从而满足运载火箭入轨约束。最后,在三条不同目标轨道下对算法有效性进行了验证。仿真结果表明,在尽可能不减少运载火箭运载力和影响能量最优性的条件下,所提方法可以满足气动弯矩值小于2800 Pa·rad的定量要求,且入轨高度偏差小于60 m。

非线性方程的三种牛顿迭代方法

研究了求解非线性方程的三种迭代方法:经典牛顿迭代、五阶牛顿迭代及九阶牛顿迭代.通过设置不同的初始点,详细对比了三种迭代法的收敛性.

一类八阶收敛的最优修正牛顿迭代法

通过对牛顿迭代法进行改进,利用两步平移加权得到一类八阶收敛的求解非线性方程最优修正迭代算法,该算法中每一步迭代只需计算四个函数值即可实现最优阶数,收敛性分析和数值实例验证该方法具有较高的效率指数和收敛精度.这一非线性方程求根算法的实现,在模式识别、电力系统、轨迹预测等工程领域和人工智能领域具有一定的理论和使用价值.

基于Lagrange插值的一类六阶收敛的改进平均值牛顿迭代法

利用定积分几何意义,推导出经典牛顿法、算术平均牛顿法和调和平均牛顿法,结合Lagrange插值定义,提出了一类新的六阶收敛的平均值牛顿迭代法。该算法每次迭代只需要计算两个函数值和两个一阶导数值,有效避免对函数进行高阶求导。收敛性分析和数值实例进一步验证该算法在求解非线性方程迭代时比牛顿迭代法、算术平均牛顿法和调和平均牛顿法效率更高、速度更快。

一种基于高斯牛顿迭代的单站无源定位算法

由于初始估计误差大、可观测性弱,且可得到的观测量受限等特点,对运动辐射源的快速单站被动定位一直是个难题。针对单站无源定位特点,对IEKF(iterated extended Kalman filter)算法进行改进,该算法对IEKF中的测量更新按照高斯牛顿迭代方法进行修正,从而减小非线性滤波的线性化误差,改善滤波算法性能。所提算法和UKF(unscented Kalman filter)I、EKF以及EKF(extended Kalman filter)算法的仿真比较表明,提出的算法可以用更小的计算量得到和UKF相当甚至更好的定位性能,在定位精度和收敛速度上明显优于IEKF以及EKF。

基于牛顿迭代的6-UPS并联机构运动学正解的研究

对自制的6-UPS并联机构的运动学问题进行了分析,利用数值法对该机构的运动学正解进行深入研究。通过运动学反解计算,在旋转矩阵和驱动杆长约束条件下,建立了运动学正解的数学模型,通过化简得到一组六个只含有三个姿态变量的非线性方程组;利用Mathematica软件求解上述方程,利用牛顿迭代法引入所有有效初值求解上述方程组得到正解结果,避免由于初值选取不当产生的漏解现象,并绘出对应的机构装配简图。经算例验证,方法使得算法的收敛速度以及高效寻找全部解得到很好的提高。

基于组合牛顿迭代法的改进IEKF及其在UNGM中的应用

从高斯-牛顿迭代的角度对迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)进行分析,提出了一种基于组合牛顿迭代法的改进IEKF算法。该算法通过实时判断每次迭代对状态的逼近程度,采用加权平均的方法确定新的迭代值,继而采用卡尔曼滤波框架对状态进行量测更新。新算法较传统的IEKF具有精度高以及对初值不敏感的优点。实例仿真验证了该算法的有效性。

牛顿迭代法在分形图形生成上的应用研究

分形理论是近二、三十年才发展起来的一门新的学科,其主要描述自然界和非线性系统中不光滑和不规则的几何形体。在地质、材料科学、物理学、计算机科学、艺术设计等方面有着十分广阔的应用前景。本文利用牛顿迭代的数学原理和方法,实现牛顿迭代法的分形图形生成算法,将分形理论应用于计算机图形设计中,利用VC++6.0开发工具,实现了生成绚丽多彩的分形图形。

一种基于牛顿迭代的快速收敛指数算法的设计与实现

针对IEEE-754标准浮点指数运算的要求,通过对现有的几种指数运算硬件实现方法的分析,结合牛顿迭代原理推导出一种新的按指数速度收敛的算法,并用Verilog HDL语言实现了一个精度为56位的指数运算单元。该算法通过查表和乘法来实现迭代操作,并通过增加迭代次数来降低查找表的大小。所实现的运算单元采用九级流水线结构,工作频率可以达到200MHz。

牛顿迭代一致性算法及其在板弹塑性有限元分析中的应用

本文简略讨论了有限载荷增量弹塑性有限元分析中传统切线刚度法丧失精度和牛顿迭代平方收敛速度的原因,并提出保持牛顿迭代平方收敛速度、保证一阶精度和无条件稳定性的一致性算法.一致性算法具备以下两个特征:1)采用路径无关计算格式;2)采用一致弹塑性切线模量。根据一致性算法构造出以弯矩和曲率为基本变量的弹塑性板弯曲有限元NIDKQ元。数值结果表明NIDKQ元具有令人满意的精度,同时验证了有限载荷增量下牛顿迭代一致性算法的平方收敛率特性,而传统切线刚度法随着塑性区的扩展将大大降低收敛速度。

弱条件下牛顿迭代的收敛性

对算子的二次导数满足的Lipschitz条件进行了讨论,提出了一般性条件,以使其具有普遍性.通过使用优算子方法,证明了Newton法在新条件下收敛,并给出方程的解的存在惟一性定理.

基于牛顿迭代算法的分形艺术图形设计

分形艺术图形是分形艺术最主要的表现形式之一,分形艺术图形的生成需要借助计算机,并通过数学模型和程序才能完成。文中主要利用牛顿迭代算法、特效处理算法和着色算法生成分形艺术图形,其中牛顿迭代算法是核心算法,为创作分形艺术图形提供素材;着色算法也是不可缺少的,为创作分形艺术图形提供调色板,决定了生成的分形艺术图形的精美程度;特效处理算法是可选的,对分形艺术图形进行二次加工,也在一定程度上决定了分形艺术图形的精美程度。笔者利用Visual C++6.0开发工具编制了一个分形艺术图形生成软件,生成了大量绚丽多彩的分形艺术图形,这说明该算法是有效的。

6阶收敛的牛顿迭代修正格式

给出两种牛顿迭代法的修正格式,证明了该迭代格式是六阶收敛到单根.数值实验表明,与其它已知的牛顿迭代格式相比,该迭代格式具有一定的优越性.

基于高斯牛顿迭代的MIMU误差参数辨识

为了减小微惯性器件在制造和安装过程中出现的误差对微机械惯性测量单元(MIMU)测量精度的影响,对MIMU进行了误差参数辨识.介绍了一种新型的MIMU误差参数描述数学模型(包括零偏、灵敏度、圆锥角和方位角),提出了一种基于高斯牛顿迭代的适用于该误差参数模型的寻优方法,并利用实验室高精度转台完成了相关的参数辨识实验.仿真结果表明,与传统标定方法相比,该参数标定可以有效提高MIMU的测量精度,具有一定的实用价值.

基于拟牛顿迭代的分数阶Fourier变换最佳阶次的搜索方法研究

针对如何快速确定分数阶Fourier变换最佳阶次的问题,在分析拟牛顿迭代法基本原理的基础上,研究了其在这一实际应用中的具体实现步骤.通过仿真实验展现了拟牛顿迭代法搜索分数阶Fourier变换最佳变换阶次的收敛过程,分析讨论了其在实际应用中存在的利弊.

采用牛顿迭代双侧逼近误差序列的分形艺术图形设计

提出解实数方程Newton迭代双侧逼近序列的构造方法,精确解介于两个序列之间,这样可以通过两个近似解来估计逼近精确解的程度,给误差分析带来很大方便。把双侧逼近和误差估计扩展到复域上,根据复域上迭代生成的误差序列并结合着色算法和特效处理算法生成美丽的分形艺术图形。

加速牛顿迭代收敛的新方法

提出了加速牛顿迭代收敛的新思想,构造出一类加权牛顿迭代格式,通过选取最优加权因子,使得该格 式具有高阶收敛性和较小的渐近误差常数.