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基于的机械优化设计教学软件的研究
刘红彬薛玉君任小中
河南科技大学机电工程学院河南洛阳
摘要针对机械优化设计中的各种优化算法用软件开发了用于进行机械优化设计辅助教学的软件采用的窗体界面为工
作平台。该软件可以有助于学生对优化算法的理解和使用有助于学生实验环节学习。
关键词优化算法教学软件
中图分类号文献标识码文章编号
优化设计是世纪年代发展起来的各种计算功能。函数中所使用的算法都是方向取负梯度方向相当于第一步迭代采
一门新学科它是将最优化原理和计算机科研和工程计算中的最新研究成果而前用梯度法利用了梯度法初始收敛较快的
技术应用于设计领域为工程设计提供一经过了各种优化和容错处理。在通常情况性质从第二步开始沿共轭方向进行迭代
种重要的现代设计方法。利用这种新的下可以用它来代替底层编程语言如和共轭方向是采用前后两迭代点的梯度方向
设计方法人们就可以从众多设计方案中。在计算要求相同的情况下使用线性组合而得的因此迭代方向构造时用
得到最佳的设计方案从而大大提高设计的编程工作量会大大减少。学生到的是目标函数的一阶导数该方法的特
效率和质量有助于缩短产品的开发周期。在进行优化设计算法程序代码编写过程点是具有二次收敛性。变尺度法的迭代方
对工程设计问题进行优化设计时首先须中不需要针对一些基础数学问题再进行向是在牛顿法的基础上构造的构造时用
将工程问题抽象为优化设计的标准数学模程序代码设计这样有利于学生把程序代到目标函数的一阶导数性质该方法的特
型然后根据数学模型的优化类型选择合码的编写集中在优化算法的关键问题上。点是收敛快效果好被认为是目前最有效
适的优化算法和计算流程利用相应的计的无约束优化方法。适用于维数较高具有
算程序进行运算求解得到一组最佳的设优化算法的特点一阶偏导数的目标函数。
计参数。目前机械优化设计教学中所介绍优化方法是求解各类优化问题的数值
的优化算法众多各有自己的优缺点教学迭代解法算法的核心问题是选择搜索方基于优化设计教学软件的程序
实例计算中计算繁杂学生很难理解和体向和确定步长因子。由于优化问题的多样编写
会各种优化算法的优缺点和选择规律。性所以确定搜索方向和步长因子可以采本程序采用模块化设计思想设置一
鉴于此本文用编制了机械优化设用多种方法由此产生了各种各样的优化个主窗口程序和若干子程序窗口程序各
计各种算法的教学软件为学生学习和掌算法。算法的种类是依据优化问题的性质种优化方法在子窗口程序中具体实现使
握算法特点和计算机编程方法提供一种教和优化算法的特点来区分的首先根据优程序结构变得清晰简化了程序设计结构
学工具。化变量的个数把优化问题分为单变量优化运行中通过主程序调用各优化方法的子窗
和多变量优化。对于最简单的单变量优化口程序。程序以主窗口程序为核心主窗口
的主要特点来讲梯度法的迭代方向是沿迭代点的负程序运行界面如图所示窗口中给出了本
是一个高级的矩阵阵列语言梯度方向即迭代过程中不断用到目标函校机械专业大纲要求掌握的主要优化算
它包含控制语句、函数、数据结构、输入和数一阶导数的信息因此它适合于精度不法算法按照教材章节由易到难的顺序依
输出和面向对象编程特点。用户可以在命高或用于复杂函数寻找一个