INTLAB区间工具箱在区间分析算法中的应用与实现

一、INTLAB工具箱核心功能

INTLAB(Interval Laboratory)是专为MATLAB设计的区间分析工具箱,提供以下核心功能模块:

  1. 区间算术运算

    • 支持区间加减乘除、幂运算及复合函数计算,自动处理舍入误差。例如:

      a = infsup(1,3);  % 定义区间[1,3]
      b = infsup(2,4);  % 定义区间[2,4]
      c = a * b;        % 结果区间[2,12]
      
  2. 线性系统求解

    • 提供区间线性方程组求解器(verifylss),可计算包含所有解的区间包络。适用于参数不确定的工程问题,如结构力学中的刚度矩阵分析。
  3. 非线性方程与优化

    • 使用Krawczyk算法和区间牛顿法求解非线性方程组,支持全局优化(glb/gub函数)。例如,求解f(x)=x2−2的根:

      f = @(x) 
区间优化工具以及程序,INTLAB完全是用Matlab编写的.自我验证方法 密集的线性系统(也包括内部包含和结构化矩阵) 稀疏的spd线性系统 非线性方程组 几个全球性例程: 非线性方程组的所有根 验证了全局优化 验证约束全局优化 参数识别 单变量和多变量非线性方程的根(简单和集群) 特征值问题(简单和集群,也包含内部包含和结构化矩阵) 广义特征值问题(简单和集群) 正交用于单变量函数 单变量多项式零(简单和群集) 前向和后向FFT 包含向量和矩阵的实数和复数数据的区间算法(非常快) 实数和复数稀疏矩阵的区间算法(非常快) 仿射算法包括向量和矩阵 渐变使用仿射算法 Hessians使用仿射算术 泰勒扩展使用仿射算法 fl-numbers:k位浮点和区间运算 自动微分(正向模式,矢量化计算,快速) 梯度(解决非线性方程组) Hessians(用于全球优化) 泰勒系列的单变量函数 自动斜率(顺序方法,对于很多变量很慢) 验证(简单)单变量函数的集成 单变量和多变量(区间)多项式 严格的实时间隔标准函数,包括gamma,erf和erfc(快速,非常准确,〜3 ulps) 严格的复杂间隔标准功能(快速,严谨,但不一定是尖锐的内含物) 一些严格的更高的先验功能 严格的输入/输出(外部和内部包含) 精确求和,点积和矩阵向量残差(解释,参考实现,慢) 几个实用程序 具有误差范围的多精度区间算术(作业慢,速度慢)
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