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python优化函数包 python优化算法包( 二 )

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Statsmodels是Python的统计建模和计量经济学工具包，包括一些描述统计、统计模型估计和推断 。
Python怎么做最优化最优化
为什么要做最优化呢？因为在生活中，人们总是希望幸福值或其它达到一个极值，比如做生意时希望成本最小 ， 收入最大，所以在很多商业情境中，都会遇到求极值的情况 。
函数求根
这里「函数的根」也称「方程的根」 ， 或「函数的零点」 。
先把我们需要的包加载进来 。import numpy as npimport scipy as spimport scipy.optimize as optimport matplotlib.pyplot as plt%matplotlib inline
函数求根和最优化的关系？什么时候函数是最小值或最大值？
两个问题一起回答：最优化就是求函数的最小值或最大值 ， 同时也是极值，在求一个函数最小值或最大值时 ， 它所在的位置肯定是导数为 0 的位置 ， 所以要求一个函数的极值，必然要先求导，使其为 0，所以函数求根就是为了得到最大值最小值 。
scipy.optimize 有什么方法可以求根？
可以用 scipy.optimize 中的 bisect 或 brentq 求根 。f = lambda x: np.cos(x) - x # 定义一个匿名函数x = np.linspace(-5, 5, 1000) # 先生成 1000 个 xy = f(x) # 对应生成 1000 个 f(x)plt.plot(x, y); # 看一下这个函数长什么样子plt.axhline(0, color='k'); # 画一根横线，位置在 y=0
opt.bisect(f, -5, 5) # 求取函数的根0.7390851332155535plt.plot(x, y)plt.axhline(0, color='k')plt.scatter([_], [0], c='r', s=100); # 这里的 [_] 表示上一个 Cell 中的结果 ， 这里是 x 轴上的位置，0 是 y 上的位置
求根有两种方法，除了上面介绍的 bisect ， 还有 brentq，后者比前者快很多 。%timeit opt.bisect(f, -5, 5)%timeit opt.brentq(f, -5, 5)10000 loops, best of 3: 157 s per loopThe slowest run took 11.65 times longer than the fastest. This could mean that an intermediate result is being cached.10000 loops, best of 3: 35.9 s per loop
函数求最小化
求最小值就是一个最优化问题 。求最大值时只需对函数做一个转换，比如加一个负号，或者取倒数，就可转成求最小值问题 。所以两者是同一问题 。
初始值对最优化的影响是什么？
举例来说，先定义个函数 。f = lambda x: 1-np.sin(x)/xx = np.linspace(-20., 20., 1000)y = f(x)
当初始值为 3 值 ， 使用 minimize 函数找到最小值 。minimize 函数是在新版的 scipy 里，取代了以前的很多最优化函数，是个通用的接口，背后是很多方法在支撑 。x0 = 3xmin = opt.minimize(f, x0).x # x0 是起始点，起始点最好离真正的最小值点不要太远plt.plot(x, y)plt.scatter(x0, f(x0), marker='o', s=300); # 起始点画出来，用圆圈表示plt.scatter(xmin, f(xmin), marker='v', s=300); # 最小值点画出来，用三角表示plt.xlim(-20, 20);
初始值为 3 时，成功找到最小值 。
现在来看看初始值为 10 时，找到的最小值点 。x0 = 10xmin = opt.minimize(f, x0).xplt.plot(x, y)plt.scatter(x0, f(x0), marker='o', s=300)plt.scatter(xmin, f(xmin), marker='v', s=300)plt.xlim(-20, 20);
由上图可见，当初始值为 10 时，函数找到的是局部最小值点，可见 minimize 的默认算法对起始点的依赖性 。
那么怎么才能不管初始值在哪个位置，都能找到全局最小值点呢？
如何找到全局最优点？
可以使用 basinhopping 函数找到全局最优点，相关背后算法 ， 可以看帮助文件，有提供论文的索引和出处 。
我们设初始值为 10 看是否能找到全局最小值点 。x0 = 10from scipy.optimize import basinhoppingxmin = basinhopping(f,x0,stepsize = 5).xplt.plot(x, y);plt.scatter(x0, f(x0), marker='o', s=300);plt.scatter(xmin, f(xmin), marker='v', s=300);plt.xlim(-20, 20);
当起始点在比较远的位置，依然成功找到了全局最小值点 。

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