یک شبکه عصبی بازگشتی تک لایه کارا برای حل دسته‌ای از مسائل بهینه‌سازی محدب ناهموار
محورهای موضوعی : آمار
محمد جواد عبادی
1
(دانشگاه دریانوردی و علوم دریایی چابهار، عضو هیئت علمی)
علی‌رضا حسینی
2
(دانشکده ریاضی، آمار و علوم کامپیوتر، پردیس علوم، دانشگاه تهران/ عضو هیئت علمی)
حسین جعفری
3
(استادیار, دانشگاه دریانوردی و علوم دریایی چابهار)
کلید واژه: linear equality, Recurrent neural network, nonsmooth convex optimization problem, nonlinear inequality,
چکیده مقاله :
مسائل بهینه‌سازی مقید دارای کاربردهای وسیعی در علوم، مهندسی و اقتصاد می‌باشند. در این مقاله یک مدل شبکه عصبی برای حل دسته‌ای از مسائل بهینه‌سازی مقید ناهموار با تابع هدف محدب ناهموار و قیود نامساوی‌های غیرخطی و خطی آفین پیشنهاد شده است. آن یک شبکه عصبی بازگشتی تک لایه غیر جریمه‌ای مبتنی بر شمول دیفرانسیلی است. برخلاف اکثر مدل‌های شبکه عصبی موجود برای حل مسائل بهینه‌سازی، در ساختار مدل پیشنهادی هیچ پارامتر جریمه‌ای یا تابع جریمه وجود نداشته و مدل از پیچیدگی کمتری برخوردار است که منجر به پیاده‌سازی آسان‌تر مدل پیشنهادی می‌شود. معادل بودن مجموعه جواب‌های بهینه مسأله بهینه‌سازی اصلی و مجموعه نقاط تعادلی مدل شبکه عصبی پیشنهادی اثبات گردیده است. به‌علاوه همگرایی سراسری و پایداری شبکه عصبی پیشنهادی نشان داده شده‌اند. به منظور روشن ساختن کارایی و اثربخشی مدل ارائه شده تعدادی مثال شامل مسأله مینیمم‌سازی نرم L1 ارائه و حل شده‌است.
Constrained optimization problems have a wide range of applications in science, economics, and engineering. In this paper, a neural network model is proposed to solve a class of nonsmooth constrained optimization problems with a nonsmooth convex objective function subject to nonlinear inequality and affine equality constraints. It is a one-layer non-penalty recurrent neural network based on the differential inclusion. Unlike most of the existing neural network models, there is neither a penalty parameter nor a penalty function in its structure. It has less complexity which leads to the easier implementation of the model for solving optimization problems. The equivalence of optimal solutions set of the main optimization problem and the equilibrium points set of the model is proven. Moreover, the global convergence and the stability of the introduced neural network are shown. Some examples including the L1-norm minimization problem are given and solved by the proposed model to illustrate its performance and effectiveness.
[1] Tank, D. and Hopfield, J.J., 1986. Simple neural optimization networks: An a/d converter, signal decision circuit, and a linear programming circuit. IEEE transactions on Circuits and Systems, 33(5), pp.533-541.
[2] Kennedy, M.P. and Chua, L.O., 1988. Neural networks for nonlinear programming. IEEE Transactions on Circuits and Systems, 35(5), pp.554-562.
[3] Zhang, S. and Constantinides, A.G.,1992 Lagrange programming neural networks. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Analog and Digital Signal Processing, 39(7), pp.441-452.
[4] Wang, J. and Xia, Y., 1998. Analysis and design of primal-dual assignment networks. IEEE Transactions on Neural Networks, 9(1), pp.183-194.
[5] Xia, Y., Leung, H. and Wang, J., 2002. A projection neural network and its application to constrained optimization problems. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Fundamental Theory and Applications, 49(4), pp.447-458.
[6] Xia, Y.S. and Wang, J., 2000. On the stability of globally projected dynamical systems. Journal of Optimization Theory and Applications, 106(1), pp.129-150.
[7] Liu, Q. and Wang, J., 2008a. A one-layer recurrent neural network with a discontinuous activation function for linear programming. Neural Computation, 20(5), pp.1366-1383.
[8] Liu, Q. and Wang, J., 2008b. A one-layer recurrent neural network with a discontinuous hard-limiting activation function for quadratic programming. IEEE Transactions on Neural Networks, 19(4), pp.558-570.
[9] Beliakov, G. and Bagirov, A., 2006. Non-smooth optimization methods for computation of the conditional value-at-risk and portfolio optimization Optimization, 55 (5), pp. 459-479.