Articulo de referencia

Programación paramétrica

La programación paramétrica es un tipo de optimización matemática , donde el problema de optimización se resuelve en función de uno o varios parámetros . [ 1 ] Desarrollada para...

La programación paramétrica es un tipo de optimización matemática , donde el problema de optimización se resuelve en función de uno o varios parámetros . [ 1 ] Desarrollada paralelamente al análisis de sensibilidad , su primera mención se encuentra en una tesis de 1952. [ 2 ] Desde entonces, se han producido avances considerables para los casos de múltiples parámetros, presencia de variables enteras y no linealidades.

Notación

En general, se considera el siguiente problema de optimización.

J(θ)=minincógnitaRnorteF(incógnita,θ)sujeto a gramo(incógnita,θ)0.θΘRmetro{\displaystyle {\begin{aligned}J^{*}(\theta )=&\min _{x\in \mathbb {R} ^{n}}f(x,\theta )\\&{\text{sujeto a }}g(x,\theta )\leq 0.\\&\theta \in \Theta \subset \mathbb {R} ^{m}\end{aligned}}}

dóndeincógnita{\displaystyle x}es la variable de optimización,θ{\displaystyle \theta }son los parámetros,F(incógnita,θ){\displaystyle f(x,\theta )}es la función objetivo ygramo(incógnita,θ){\displaystyle g(x,\theta )}denotemos las restricciones .J{\displaystyle J^{*}}denota una función cuyo resultado es el valor óptimo de la función objetivo.F{\displaystyle f}. El conjuntoΘ{\displaystyle \Theta }Generalmente se le denomina espacio de parámetros .

El valor óptimo (es decir, el resultado de resolver el problema de optimización) se obtiene evaluando la función con un argumento.θ{\displaystyle \theta }.

Clasificación

Dependiendo de la naturaleza deF(incógnita,θ){\displaystyle f(x,\theta )}ygramo(incógnita,θ){\displaystyle g(x,\theta )}y dependiendo de si el problema de optimización incluye variables enteras, los problemas de programación paramétrica se clasifican en diferentes subclases:

  • Si hay más de un parámetro presente, es decirmetro>1{\displaystyle m>1}, entonces a menudo se le denomina problema de programación multiparamétrica [ 3 ].
  • Si hay variables enteras presentes, entonces el problema se denomina problema de programación entera mixta (multi)paramétrica [ 4 ].
  • Si las restricciones son afines , se realizan clasificaciones adicionales según la naturaleza de la función objetivo en problemas de programación lineal, cuadrática y no lineal (multi)paramétricos (de enteros mixtos). Cabe señalar que esto generalmente supone que las restricciones son afines. [ 5 ]

Aplicaciones

En la teoría de control en general y en las industrias de procesos.

La conexión entre la programación paramétrica y el control predictivo de modelos para la fabricación de procesos , establecida en 2000, ha contribuido a un mayor interés en el tema. [ 6 ] [ 7 ] La programación paramétrica proporciona la idea de que los problemas de optimización pueden parametrizarse como funciones que pueden evaluarse (similar a una tabla de búsqueda). Esto a su vez permite que los algoritmos de optimización en los controladores óptimos se implementen como funciones matemáticas precalculadas (fuera de línea), que en algunos casos pueden ser más simples y rápidas de evaluar que resolver un problema de optimización completo en línea. Esto también abre la posibilidad de crear controladores óptimos en chips (MPC en chip [ 8 ] ). Sin embargo, la parametrización fuera de línea de soluciones óptimas se topa con la maldición de la dimensionalidad, ya que el número de soluciones posibles crece con la dimensionalidad y el número de restricciones en el problema.

En programación CNC

La programación paramétrica en el contexto del control numérico computarizado (CNC ) consiste en definir ciclos de mecanizado de piezas mediante variables con valores reasignables, en lugar de utilizar instancias predefinidas. Un ejemplo arquetípico y sencillo es escribir un programa en código G para mecanizar una familia de arandelas : a menudo no es necesario escribir 15 programas para 15 miembros de la familia con distintos diámetros de orificio, diámetros exteriores, espesores y materiales, cuando resulta práctico escribir un único programa que acceda a diversas variables y lea sus valores actuales de una tabla de asignaciones. El programa, a continuación, indica a las guías y husillos de la máquina que se muevan a distintas posiciones y velocidades, teniendo en cuenta no solo las dimensiones de la pieza (es decir, diámetro exterior, diámetro interior, espesor), sino también las velocidades y avances necesarios para cada material (por ejemplo, acero con bajo contenido de carbono, acero con alto contenido de carbono; acero inoxidable de cualquier grado; bronce, latón o aluminio de cualquier grado; polímero de cualquier tipo). En este tipo de programación se suelen utilizar macros personalizadas. [ 9 ]

Referencias

  1. Gal, Tomas (1995). Análisis postóptimos, programación paramétrica y temas relacionados: degeneración, toma de decisiones multicriterio, redundancia (2.ª  ed.). Berlín: W. de Gruyter. ISBN 978-3-11-087120-3.
  2. Gal, Tomas; Greenberg, Harvey J. (1997). Avances en análisis de sensibilidad y programación paramétrica . Serie internacional en investigación operativa y ciencias de la gestión. Vol. 6. Boston: Kluwer Academic Publishers. doi : 10.1007/978-1-4615-6103-3 . ISBN  978-0-7923-9917-9.
  3. Gal, Tomas; Nedoma, Josef (1972). "Programación lineal multiparamétrica". Management Science . 18 (7): 406– 422. doi : 10.1287/mnsc.18.7.406 . JSTOR 2629358 . 
  4. Dua, Vivek; Pistikopoulos, Efstratios N. (octubre de 1999). "Algoritmos para la solución de problemas de optimización no lineal de enteros mixtos multiparamétricos". Industrial & Engineering Chemistry Research . 38 (10): 3976– 3987. doi : 10.1021/ie980792u .
  5. Pistikopoulos, Efstratios N.; Georgiadis, Michael C.; Dua, Vivek (2007). Teoría, algoritmos y aplicaciones de la programación multiparamétrica . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002/9783527631216 . ISBN 9783527316915.
  6. Bemporad, Alberto; Morari, Manfred; Dua, Vivek; Pistikopoulos, Efstratios N. (2000). "La solución explícita del control predictivo de modelos mediante programación cuadrática multiparamétrica". Actas de la Conferencia Americana de Control de 2000. pág. 872. doi : 10.1109/ACC.2000.876624 . ISBN  0-7803-5519-9. S2CID 1068816 . 
  7. Bemporad, Alberto; Morari, Manfred; Dua, Vivek; Pistikopoulos, Efstratios N. (enero de 2002). "El regulador lineal cuadrático explícito para sistemas restringidos". Automatica . 38 (1): 3– 20. CiteSeerX 10.1.1.67.2946 . doi : 10.1016/S0005-1098(01)00174-1 . 
  8. MPC en un chip: avances recientes en la aplicación del control multiparamétrico basado en modelos | Solicitar PDF
  9. Lynch, Mike (12 de mayo de 2023). "5 razones por las que debería saber cómo escribir macros personalizadas. Las macros personalizadas mejoran lo que se puede hacer en los programas de código G, brindando a los usuarios la capacidad de codificar operaciones que antes no eran posibles" . www.mmsonline.com . Consultado el 20 de mayo de 2023 .
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