基于 MATLAB 的优化设计可视化 本文有带图的PDF版本，需要可联系本站客服QQ893628136
摘 要
本论文主要介绍了目前可视化技术在优化设计中的使用情况，同时也说明了目前优化
设计可视化技术在三维显示方面的欠缺。针对这种情况本文中给出了一种基于 MATLAB 程
序为平台的可视化模型，此模型通过多维目标函数的一种降维方法将其降维后显示在三维
图像上。最后通过一个优化设计实例证明了此系统的可用性，同时给出了最优点在三维图
形上的显示方法。此系统具有不受模型函数维数限制等特点。
关键词：优化设计 可视化 多维函数 降维
The Visualization of Optimization Design Based on MATLAB
Abstract
This paper introduce current visualization technology which used in optimization
design,and the lack of technology of the three-dimensional visualization display in the design
optimization is also introduced in this paper.For this situation a visualization model based on the
MATLAB platform is present in this paper. The imagines is displayed in three-dimentional by a
reduced-order method of a multi-dimentional model function. Finally,the availability of the
system is proved by an optimal design example.At the same time, a method of how to display the
adventages in the three-dimensional is given in this paper too. This system owe the adventage
that not restricted by the dimention of model function.
Keywords: Optimization Design; Visualization; Muti-function; Dimensionality --Reduction
目 录
摘 要............................................................ Ⅰ
Abstract.......................................................... Ⅱ
目 录........................................................... III
第一章 绪论....................................................... 1
1．1 引言................................................... 1
1．2 课题提出的背景......................................... 1
1．3 课题的提出与本文的主要内容............................. 3
1．4 本章小结............................................... 3
第二章 优化设计与可视化........................................... 4
2．1 优化设计可视化的研究内容............................... 4
2．1．1 优化设计与可视化............................... 4
2．1．2 优化设计与可视化基本概念....................... 5
2．1．3 实现优化设计可视化步骤......................... 6
2．2 优化设计可视化的现状及发展趋势......................... 7
2．3 优化设计可视化的应用领域............................... 9
2．4 本章小结.............................................. 10
第三章 可视化数学模型的建立...................................... 11
3．1 多维目标函数的一种降维方法............................ 11
3．2 可视化模型的建立...................................... 13
3．2．1 多维目标函数降维的 MATLAB 程序实现............. 13
3．2．2 目标函数的图形输出的 MATLAB 程序代码........... 15
3．2．3 最优点在图形上的显示.......................... 15
3．3 本章小节.............................................. 16
第四章 可视化数学模型应用实例.................................... 17
4．1 优化设计实例.......................................... 17
4．2 目标函数的三维图形显示................................ 28
4．3 优化结果的显示........................................ 20
4．4 本章小结.............................................. 20
第五章 总结与展望................................................ 21
参考文献.......................................................... 22
致谢.............................................................. 23
附录 A ............................................................ 24
附录 B ............................................................ 26
1.1 引言
第一章 绪 论
优化设计（Optimal Design）是几十年来发展起来的一门新的学科，这是从 60 年代
初开始，最优化技术和计算技术在设计领域中应用的结果。优化设计为工程设计提供了一
种重要的科学设计方法，使得在解决复杂设计问题时，能从众多的设计方案中寻到尽可能
完美的或最适宜的设计方案。随着社会和科学技术的发展，一方面工程优化问题的复杂化
和大型化对优化方法提出了新的要求；另一方面计算机技术的迅速发展也给解决大型复杂
工程优化问题提供了新的可能。近年来，人们提出了面向工程的广义优化设计，工程广义
优化设计与传统的优化设计在很多方面是不同的，如在优化的领域、层次、过程、目标和
方法上，传统优化设计解决的是简单零部件、某种或某一方面性能和局限于产品技术设计
阶段的优化；而工程广义优化追求的是全系统、全过程、全性能和整个寿命周期的优化。
传统的优化注重的是数据的输入、算法和结果的输出，整个优化过程是“黑箱”过程，看
不见的，所看见的是数据的输入和结果的输出；广义优化设计则注重从规划、建模、搜索、
评价与决策的全过程，模型、搜索过程和结果的可视化是广义优化设计的特征之一。因此，
优化设计的可视化也是工程广义优化设计的关键问题之一。
1.2 课题提出的背景
设计是产品研制的第一道工序，设计工作的质量和水平，直接关系到产品的质量、性
能、研制周期和技术经济效益。随着计算机技术的飞速发展，仿真分析和优化方法逐渐引
入设计过程，一定程度上提高了设计质量和效率。然而工程设计问题日益复杂，工程设计
问题多变量、多约束、多目标及非线性等特征使得设计空间形态不规则，优化求解繁琐，
多极值点或问题无解，解的有效性、可靠性和稳健性分析非常复杂。现有设计优化方法本
身所固有的缺陷仍是制约其实际工程中有效应用的瓶颈，包括非交互式的计算环境、传统
的数值迭代思路、迭代过程绝对程序化和优化结果纯粹数值化等。现代设计优化要求准确、
直观、可交互，快速处理和分析设计优化中产生的大量数据。可视化技术的引入，可弥补
常规设计优化方法的不足，是工程设计问题复杂性与现代优化理论发展的必然趋势。
设计优化可视化利用可视化技术形象直观和表现形式易于被设计人员接受的特点，在
设计优化全程引入可视化技术，为丰富数据表现形式，更好地分析问题特征，深刻挖掘系
统隐含信息，展示设计空间，监控优化过程，分析优化结果，最终提高优化效率和设计质
量提供一种新的研究思路和强有力的分析工具。可视化是设计的重要研究手段。设计通常
分为两种：基于计算的设计(如多学科优化)和基于知识的设计(如基于决策的设计)。基于
