grupp: 48
namn1: Wilhelm Cronholm
namn2: Markus Kollind
************************************************************
Laboration 2
Gjord av Wilhelm Cronholm (77 08 03-2474) och
	 Markus Kollind (73 06 25-4918)

Del I
=====
Uppgift 1: 

a) Lösningspunkten är (-2.25, -3.0625) och hittades med newtons metod
(steglängd 1) på ett steg från alla startpunkter. 

Med BL tar det nio steg innan avbrottskriteriet är uppfyllt och
funktionen konvergerar mot samma lösning som Newtons metod.

b) Funktionen är konvex och alltså är erhållen lösning ett globalt
minimum.

c) Eftersom funktionen är kvadratisk och approximationen i newtons
metod är Taylorutvecklingen av funktionen av grad två blir
approximationen exakt.
--------------

uppgift 2:

a) BL når inte fram till ett optimalt värde på 200 iterationer men
konvergerar mot (1,1). Newtons metod (stegläng ett) hittar optimum på
5 iterationer men hoppar väldigt mycket innan den stannar i
optimum. Newtons metod (Marquardts modifikation) hittar optimum på 13
iterationer och närmar sig snällt vilket också gäller Newtons metod
med linjesökning.

b) Funktionen är inte konvex men punkten (1,1) är ett globalt minimum
eftersom funktionen inte kan ha lägre värden än 0.

c) Vid startpunkten (0,2) ger BL inte heller någon lösning även om den
konvergerar mot den rätta. Newtons metod med linjesökningen får en
steglängd som är 0 vilket gör att den inte kan komma vidare. Övriga
metoder konvergerar mot (1,1). Övriga startpunkter som testades
resulterade bara i att BL inte hittade en optimal lösning inom 200
iterationer medan de övriga metoderna hittade optimum.
--------------

Uppgift 3: 

a) Med BL som lösningsmetod hittas ett minimum efter 4 iterationer i
punkten (2.99978, 0.99993). Detta är dock ett lokalt minimum, vilket
lätt inses efter studier av grafen. Med Newtons metod kan inte nästa
iterationspunkt hittas. Detta kommer sig av att Hessianen är noll
vilket gör att den inte är inverterbar. Med Marquardtmodifieringen
hittas samma minpunkt som med BL.

b) Om vi startar i punkten (-3,2) och använder Newtons metod hittas en
stationär punkt i (-3,1). Om vi startar i punkten (2,-1) hittas
stationärpunkten (3,-1). Vid start i punkten (-2.5, -0.5) letar sig
Newtons metod uppåt till maxpunkten (-3,-1). Totalt hittas alltså 4
stationära punkter, en minpunkt (3,1), en maxpunkt (-3,-1) och två
sadelpunkter (-3,1), (3,-1).
---------------------------------------------------------
Del II
======

Uppgift 1: 

a) Lösningen till problemet ges genom fmincon:

x = (0.6250, 1.2500)
lambda = (0, 0.125)
f = -1.5625 (negerade värdet till det givna problemet)

b) L(x,l) = -x(1) + 2*x(1)^2 - 2*x(2) + x(2)^2 - x(1)*x(2) + 
	    l(1)*(x(1)^2 - x(2)) - l(2)*(2*x(1) - x(2))

KKT-villkoren blir: 

l(1), l(2) >= 0   lambda tillåten

x(1)^2-x(2) >= 0  x tillåten
-2*x(1)+x(2) >= 0    -"-

l(1)*(x(1)^2-x(2)) = 0   komplementaritet
l(2)*(-2*x(1)+x(2)) = 0        -"-

4*x(1) - 1 - x(2) + 2*x(1)*l(1) - 2*l(2) = 0   
2*x(2) - 2 - x(1) - l(1) +l(2) = 0

Alla är uppfyllda för givna lösningen.

Konvexiteten: 
Första villkoret beskriver en konvex mängd eftersom funktionen 
	x(1)^2 - x(2) är konvex.
Andra villkoret är linjärt och beskriver därmed också en konvex mängd. 
Hessianen till funktionen (för minimeringsproblemet) är [4 1;1 2] och 
är därmed positivt definit. Därmed är funktionen konvex. 
--------------

Uppgift 2:

a) Vid optimering med startpunkten (0,0) hittades ingen lösning. När
vi hade startpunkten (1,1) blev resultatet x = (3.4, 1.2) för vilken 
f = 3.4, för startpunkten (-1,-1) hittades lösningen x = (-3,-2) för
vilken f = -3, för startpunkten (3.7,0) hittades lösningen x =
(3.6056,0) för vilken f = 3.6056 och för en egenvald punkt (1,-6) 
hittas lösningen x = (-3,-2) igen. 

b) Vi kan garantera att punkten x = (-3,-2) är optimum. Villkoren
beskriver två cirklar, en med centrum i origo med radie sqrt(13)
vilken man skall vara utanför samt en med centrum i (1,-2) med radie 4
som man skall vara utanför. Området är inte konvext men man kan lätt
se att det globala optimat finns i (-3,-2). Varje given lösning är en
KKT-punkt men inte nödvändigtvis optimal. Punkten (0,0) ligger utanför
området och en lösning kan därför inte hittas.
--------------------------------------------------------------

Del III:
========

Uppgift 1:

EPA konvergerar för exempel 2 mot en punkt som är ungefär (0.44, 3.15)
vilken ligger på gränsen för det fjärde villkoret. För exempel tre
konvergerar EPA mot punkten (5/sqrt(2),-5/sqrt(2)).

För exempel två konvergerar IPA mot punkten (3.221, 0.75) och exempel
tre konvergerar mot punkten (-5/sqrt(2),5/sqrt(2)).
--------------

Uppgift 2: 

Både EPA och IPA konvergerar mot globala optimum för exempel 3. För
exempel 2 konvergerar EPA mot ett globalt optimum och IPA konvergerar
mot ett lokalt.
--------------

Uppgift 3:

I exempel 2 finns det de två optima algoritmerna har hittat samt
ytterligare ett optima i punkten (sin(0.75),0.75). I exempel 3 finns
de två otima som algoritmen hittat.