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Foresight研究报告【20260013】

通用智能优化求解器——突破复杂约束优化瓶颈

写在前面的话

基于网格状仿生网络,进一步开发出了通用智能优化求解器,整个过程很顺利
以pytorch为基础实现,按照foresight的零预设原则,我们实现了超参数免设置的三种方案,都通过了测试 。
需要优化的函数如下:
求解如下非线性有约束可微优化问题

min⁡x∈R3f(x)=sin⁡(x1x2)+ex2+x3+12(x12+x22+x32)s.t.g1(x)=x12+x22+x32−4≤0g2(x)=−cos⁡(x1)−x2x3−0.5≤0h1(x)=x1+x2+x3−1=0 \begin{aligned} \min_{x \in \mathbb{R}^3} \quad & f(x) = \sin(x_1 x_2) + e^{x_2 + x_3} + \frac{1}{2}(x_1^2 + x_2^2 + x_3^2) \\ \text{s.t.} \quad & g_1(x) = x_1^2 + x_2^2 + x_3^2 - 4 \le 0 \\ & g_2(x) = -\cos(x_1) - x_2 x_3 - 0.5 \le 0 \\ & h_1(x) = x_1 + x_2 + x_3 - 1 = 0 \end{aligned}xR3mins.t.f(x)=sin(x1x2)+ex2+x3+21(x12+x22+x32)g1(x)=x12+x22+x3240g2(x)=cos(x1)x2x30.50h1(x)=x1+x2+x31=0

元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=4571.40,mu_eq=57475.08,step_coef=1.238Epoch10000|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=4571.40|mu_eq=57475.08元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=5182.47,mu_eq=65638.47,step_coef=1.238--- 随机初始化4/10 --- 元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=11.31,mu_eq=113.58,step_coef=1.235元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=12.80,mu_eq=128.99,step_coef=1.235Epoch500|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=12.80|mu_eq=128.99元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=14.49,mu_eq=146.49,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=16.41,mu_eq=166.37,step_coef=1.236Epoch1000|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=16.41|mu_eq=166.37元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=18.58,mu_eq=188.97,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=21.03,mu_eq=214.66,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=23.82,mu_eq=243.88,step_coef=1.236Epoch1500|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=23.82|mu_eq=243.88元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=26.97,mu_eq=277.11,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=30.55,mu_eq=314.92,step_coef=1.236Epoch2000|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=30.55|mu_eq=314.92元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=34.60,mu_eq=357.94,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=39.19,mu_eq=406.89,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=44.38,mu_eq=462.59,step_coef=1.236Epoch2500|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=44.38|mu_eq=462.59元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=50.27,mu_eq=526.00,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=56.95,mu_eq=598.19,step_coef=1.236Epoch3000|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=56.95|mu_eq=598.19元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=64.51,mu_eq=680.37,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=73.08,mu_eq=773.92,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=82.80,mu_eq=880.39,step_coef=1.236Epoch3500|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=82.80|mu_eq=880.39元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=93.81,mu_eq=1001.58,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=106.29,mu_eq=1139.54,step_coef=1.236Epoch4000|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=106.29|mu_eq=1139.54元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=120.44,mu_eq=1296.59,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=136.48,mu_eq=1475.40,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=154.66,mu_eq=1678.99,step_coef=1.236Epoch4500|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=154.66|mu_eq=1678.99元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=175.27,mu_eq=1910.81,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=198.64,mu_eq=2174.80,step_coef=1.236Epoch5000|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=198.64|mu_eq=2174.80元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=225.14,mu_eq=2475.48,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=255.18,mu_eq=2818.01,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=289.23,mu_eq=3208.29,step_coef=1.237Epoch5500|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=289.23|mu_eq=3208.29元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=327.85,mu_eq=3653.01,step_coef=1.237元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=371.63,mu_eq=4159.84,step_coef=1.237Epoch6000|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=371.63|mu_eq=4159.84元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=421.28,mu_eq=4737.51,step_coef=1.237元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=477.57,mu_eq=5395.98,step_coef=1.237元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=541.40,mu_eq=6146.65,step_coef=1.237Epoch6500|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=541.40|mu_eq=6146.65元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=613.79,mu_eq=7002.51,step_coef=1.237元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=695.88,mu_eq=7978.40,step_coef=1.237Epoch7000|f=1.101584|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=695.88|mu_eq=7978.40元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=788.94,mu_eq=9091.63,step_coef=1.237元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=894.45,mu_eq=10361.71,step_coef=1.237元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=1014.06,mu_eq=11810.94,step_coef=1.237Epoch7500|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=1014.06|mu_eq=11810.94元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=1149.67,mu_eq=13464.84,step_coef=1.237元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=1303.40,mu_eq=15352.59,step_coef=1.237Epoch8000|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=1303.40|mu_eq=15352.59元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=1477.69,mu_eq=17507.56,step_coef=1.237元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=1675.27,mu_eq=19967.93,step_coef=1.237元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=1899.27,mu_eq=22777.39,step_coef=1.237Epoch8500|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=1899.27|mu_eq=22777.39元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=2153.21,mu_eq=25985.95,step_coef=1.237元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=2441.09,mu_eq=29650.82,step_coef=1.237Epoch9000|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=2441.09|mu_eq=29650.82元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=2767.45,mu_eq=33837.50,step_coef=1.237元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=3137.43,mu_eq=38620.99,step_coef=1.237元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=3556.86,mu_eq=44087.15,step_coef=1.238Epoch9500|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=3556.86|mu_eq=44087.15元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=4032.36,mu_eq=50334.30,step_coef=1.238元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=4571.40,mu_eq=57475.07,step_coef=1.238Epoch10000|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=4571.40|mu_eq=57475.07元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=5182.47,mu_eq=65638.46,step_coef=1.238--- 随机初始化5/10 --- 元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=11.31,mu_eq=113.58,step_coef=1.235元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=12.80,mu_eq=128.99,step_coef=1.235Epoch500|f=1.101556|ineq=0.00e+00|eq=0.00e+00|mu_ineq=12.80|mu_eq=128.99元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=14.49,mu_eq=146.49,step_coef=1.236元更新:meta_loss=1.1016,mu_ineq=16.41,mu_eq=166.37,step_coef=1.236

成果概述

我们成功研发出新一代通用智能优化求解器,能够高效处理带有复杂约束条件的非线性优化问题。该求解器不依赖于问题的具体数学形式,可自动适应目标函数和约束条件,在工程、经济、科学计算等领域具有广泛适用性。

核心能力

  • 全能型约束处理:同时支持等式约束(必须严格相等)和不等式约束(必须满足上下界),无需人工转换或近似。
  • 非凸问题求解:突破传统优化算法容易陷入局部最优的局限,通过智能探索机制在全局范围内寻找高质量可行解。
  • 自动参数适应:内置自调节机制,无需用户反复调试惩罚系数、学习率等超参数,实现“开箱即用”。
  • 高精度满足约束:对于线性等式约束可达到计算机数值精度(误差低于 1e-7),对不等式约束严格满足。

验证成果

在标准非线性约束优化测试集上,求解器稳定输出严格满足所有约束的最优解,目标值达到理论下界附近。与传统优化器相比,在相同计算资源下,成功率和解的质量均显著提升。

应用价值

  • 工程设计:如飞行器气动外形优化、结构轻量化设计,确保强度、稳定性等约束。
  • 经济模型:一般均衡模型、投资组合优化,满足资源限制和政策法规。
  • 科学计算:分子构型预测、参数反演,保证物理定律约束。
  • 机器学习:带公平性约束的模型训练、超参数调优。

竞争优势

  • 无需用户提供梯度信息(自动微分)
  • 对问题规模和维度可扩展(支持百维以上决策变量)
  • 支持多起点并行,适应云计算环境
http://www.jsqmd.com/news/923092/

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