Cheat Sheet Materi 6

TI5001 / Optimisasi & Intelejensia Komputasional · Metode Numerik Single

1 · Konsep dasar

ab [a, b] memuat optimum
  • Unimodal: fungsi punya satu puncak atau satu lembah (asumsi metode numerik)
  • Interval ketidakpastian: interval tempat optimum berada; dipersempit sampai panjang akhir l
  • Bila tidak unimodal (mis. dua lembah) → sebagian interval bisa dibuang salah → hanya optimal lokal

2 · Peta & perbandingan metode

MetodeBasisInputf baru
Direct search
tak berpembatas
nilai fx(1), l1
Newton
tak berpembatas
f′, f″x(1), ε–
Dichotomous
a≤x≤b
nilai f[a,b], ε, l2
Fibonacci
a≤x≤b
nilai f[a,b], ε, l1
Golden section
a≤x≤b
nilai f[a,b], l1
Bisection
a≤x≤b
f′[a,b], ε–

Direct search & Newton butuh titik awal; metode lain butuh interval [a,b].

3 · Direct search

  • Langkah λ = l/2; arah d=+1 (kanan) / −1 (kiri)
  • Mulai x(1): bila f(x+λd) membaik → maju; jika memburuk → balik d=−1; jika sama → berhenti
  • x(k+1)=x(k)+λd selama membaik; berhenti saat f(x+λd) tak lebih baik

Slide: min (x−1)², l=0,01 (λ=0,005), x(1)=3: f(3,005)=4,020 > f(3)=4 → d=−1; 401 iterasi; berhenti di x=1,000 → interval [0,995; 1,005] (panjang 2λ=l)

† (x−2)², x(1)=5, λ=0,05: x=5−0,05k; berhenti di x=2,00 (k=60), interval [1,95; 2,05].

4 · Newton (optimisasi)

Pendekatan kuadratik di x(k):

q(x) = f + f′(x−x(k)) + ½f″(x−x(k))²
x(k+1) = x(k) − f′(x(k)) / f″(x(k))dari q′(x)=0. Henti: |x(k+1)−x(k)|<ε atau |f′|<ε

Syarat: f dapat diturunkan 2×, titik awal; f″(x(k))=0 → pembagian nol (mis. x⁴−2x di x=0)

Slide: min (x−1)², f′=2(x−1), f″=2, x(1)=0: x(2)=0−(−2)/2=1; x(3)=1 → stop

† 3x²−6x+2 dari 10: 10−54/6=1 (kuadrat: 1 langkah). x³ di x=1: f=1, f′=3, f″=6 → x=1−3/6=0,5

Newton optimisasi: f′/f″. Newton-Raphson akar: f/f′.

5 · Dichotomous search

uv ab min: f(u)≤f(v) → buang kanan v u lama = v baru (dipakai ulang)
u = a + (b−a)/2 − ε/2 ; v = a + (b−a)/2 + ε/2ε = konstanta pembeda; henti jika b−a < l; 2 evaluasi baru per iterasi

Slide: min (x−1)², [−1,2], ε=0,0001, l=0,01

kuvf(u)f(v)
10,50,50010,250050,24995
21,24991,250,0624630,062513

k=1 [−1;2]: f(u)>f(v) → [u,b]=[0,5;2]. k=2: f(u)=0,062463 ≤ f(v)=0,062513 → [a,v]=[0,5;1,25]. 10 iterasi: [0,9980; 1,0039]. † maks −(x−3)², [0,4], ε=0,02: u=1,99, v=2,01; f(u)<f(v) → [1,99;4].

6 · Fibonacci search

F0=F1=1, Fn=Fn−1+Fn−2: 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377, 610, 987 (n=0..15)

pilih n: Fn > (b−a)/l(l > ε)
u = a + Fn−k−1/Fn−k+1·(b−a) ; v = a + Fn−k/Fn−k+1·(b−a)
  • min: f(u)≤f(v) → b=v, v←u lama, hitung u baru. Else a=u, u←v lama, hitung v baru (1 evaluasi baru)
  • Iterasi k=n: u=v → pakai v=u+ε (itulah fungsi ε)

Slide: [−1,2], l=0,01: (b−a)/l=300 → F12=233<300<F13=377 → n=13. u1=0,1459, v1=0,8541 → akhir [0,9973; 1,0053]

[−2,8], l=0,1: 100 → n=11 (F10=89<100). b−a=10, l=0,01: 1000 → n=16 (F15=987).

7 · Golden section

u = a + (1−γ)(b−a) ; v = a + γ(b−a)γ=0,618 (golden ratio); γ²=1−γ≈0,382; henti b−a<l; tanpa n, tanpa ε
  • min: f(u)≤f(v) → a tetap, b=v, v←u lama, u baru = a+(1−γ)(b−a)
  • f(u)>f(v) → a=u, b tetap, u←v lama, v baru = a+γ(b−a)
  • Titik lama dipakai ulang → 1 evaluasi baru/iterasi

Slide: [−1,2]: u1=0,1460, v1=0,8540, f=0,7293 > 0,0213 → a=0,146, u2=0,8542 (=v1), v2=1,2918. 13 iterasi: [0,9969; 1,0062]

[0,5]: u=0,382×5=1,910; v=0,618×5=3,090.

8 · Bisection (turunan)

m = (a+b)/2henti jika |f′(m)| < ε; f konveks & dapat diturunkan; tanpa nilai f

Contoh slide: min (x−1)², [−1,2], ε=0,001, f′=2(x−1)

kabmf′(m)
1−120,5−1,0
20,521,250,5
30,51,250,875−0,25

12 iterasi → [0,9995; 1,0010]. Panjang setelah k pembagian = (b−a)/2k; † [−1,2], ≤0,01: 3/2k≤0,01 → k=9. † x⁴−4x pada [0,3]: [0;1,5], [0,75;1,5], [0,75;1,125].

9 · Aturan arah update (min vs maks)

MinMaks
buang kanan → [a,v]f(u) ≤ f(v)f(u) ≥ f(v)
buang kiri → [u,b]f(u) > f(v)f(u) < f(v)
bisection → [a,m]f′(m) > 0f′(m) < 0
bisection → [m,b]f′(m) < 0f′(m) > 0
direct search: lanjut d=+1f(x+λ) < f(x)f(x+λ) > f(x)
direct search: balik d=−1f(x+λ) > f(x)f(x+λ) < f(x)

f′(m)=0 → berhenti. Min: f′>0 berarti f naik di m → minimum di kiri. Maks: f′>0 berarti masih naik → maksimum di kanan: −(x−1)² pada [−1,2], m=0,5, f′=1 → [0,5;2]. Min pada [0,4], m=2, f′=3>0 → [0;2].

Dirangkum dari slide kuliah TI5001. Cocokkan lagi dengan slide untuk detail lengkap.