TP-optimisation-numerique/Modelisation_C14.m
2023-06-10 20:58:09 +02:00

207 lines
7.2 KiB
Matlab
Executable file
Raw Blame History

%-------------------------------------------------------------------------%
% 1SN - TP Optimisation %
% INP Toulouse - ENSEEIHT %
% Novembre 2020 %
% %
% Ce fichier contient le programme principal permettant l'estimation %
% des parametres de la fonction de desintegration radioactive du %
% carbone 14 par une approche des moindres carres. % %
% Modele : A(t)= A0*exp(-lambda*t) %
% Les algorithmes utilises pour la minimisation sont : %
% - l'algorithme de Gauss-Newton %
% - l'algorithme de Newton. %
%-------------------------------------------------------------------------%
clear
close all
clc
format shortG
taille_ecran = get(0,'ScreenSize');
L = taille_ecran(3);
H = taille_ecran(4);
% Initialisation
% Donnees
if exist('C14_results.txt','file')
delete('C14_results.txt');
end
diary C14_results.txt
Ti = [ 500; 1000; 2000; 3000; 4000; 5000; 6300];
Ai = [14.5; 13.5; 12.0; 10.8; 9.9; 8.9; 8.0];
Donnees = [Ti, Ai];
% Estimation a priori des parametres du modele : beta0 = [A0, lambda]
beta0 = [10; 0.0001]; % Newton, Gauus-Newton, fminunc et leastsq converge
% beta0 = [15; 0.001]; % Newton, Gauss-Newton, fminunc et leastsq divergent
% beta0 = [15; 0.0005]; % Newton diverge, Gauss-Newton, fminunc et leastsq convergent
% beta0 = [10; 0.0005]; % Gauss-Newton converge
%% Calcul et affichage du modele initial ----------------------------------
xmin = 9; xmax = 20;
x = linspace(xmin, xmax, 100);
ymin = -0.0001; ymax = 0.0005;
y = linspace(ymin, ymax, 100);
[A0_plot, lambda_plot] = meshgrid(x, y);
[m , n] = size(A0_plot);
f_plot = zeros(m, n);
for i = 1:m
for j = 1:n
res_plot = residu_C14([A0_plot(i,j); lambda_plot(i,j)], Donnees);
f_plot(i,j) = res_plot.'*res_plot /2;
end
end
figure('Position',[0.1*L,0.1*H,0.8*L,0.8*H]);
subplot(1,3,1) % Fonction f en 3D
mesh(A0_plot, lambda_plot, f_plot)
axis('square')
title('Representation de la fonction f des moindres carres')
xlabel('A_0');
ylabel('\lambda')
zlabel('f(A_0,\lambda)')
T = linspace(0,6500,100);
A = beta0(1)*exp(-beta0(2)*T);
txt_legend{1} = 'donnees';
txt_legend{2} = 'depart';
subplot(2, 3, 2) % Donnees + modele initial pour Gauss-Newton
title('Desintegration radioactive du carbone 14 (Gauss-Newton)')
axis([0 max(T) 0 18])
xlabel('dur<EFBFBD>e T')
ylabel('radioactivit<EFBFBD> A')
hold on
grid on
plot(Ti, Ai, 'ok')
plot(T, A)
legend(txt_legend{1:2}, 'Location', 'SouthWest')
subplot(2, 3, 5) % Courbes de niveaux de f pour Gauss-Newton
title('Recherche des parametres (Gauss-Newton)')
xlabel('A_0')
ylabel('\lambda')
hold on
contour(A0_plot, lambda_plot, f_plot, 100);
plot(beta0(1),beta0(2),'ok')
text(beta0(1),beta0(2),' depart \beta^{(0)}')
subplot(2, 3, 3) % Donnees + modele initial pour Newton
title('Desintegration radioactive du carbone 14 (Newton)')
axis([0 max(T) 0 18])
xlabel('dur<EFBFBD>e T')
ylabel('radioactivit<EFBFBD> A')
hold on
grid on
plot(Ti, Ai, 'ok')
plot(T, A)
legend(txt_legend{1:2}, 'Location', 'SouthWest')
subplot(2, 3, 6) % Courbes de niveaux de f pour Newton
title('Recherche des parametres (Newton)')
xlabel('A_0')
ylabel('\lambda')
hold on
contour(A0_plot, lambda_plot, f_plot, 100);
plot(beta0(1),beta0(2),'ok')
text(beta0(1),beta0(2),' depart \beta^{(0)}')
pause(0.5)
%% Algorithmes
% Choix du nombre d'iteration maximal
nb_iterations_max = 8;
txt_legend = cell(1,nb_iterations_max+2);
txt_legend{1} = 'donnees';
txt_legend{2} = 'depart';
%% Gauss-Newton
% -------------
% Initialisation de l'affichage
disp('Algorithme de Gauss-Newton')
disp('--------------------------------------------------------------------------------------------')
disp(' nb_iter A0 lambda ||f''(beta)|| f(beta) ||delta|| exitflag ')
disp('--------------------------------------------------------------------------------------------')
% Calcul et affichage des valeurs initiales
res_beta = residu_C14(beta0, Donnees);
f_beta = 0.5*(res_beta.')*res_beta;
J_res_beta = J_residu_C14(beta0, Donnees);
norm_grad_f_beta = norm((J_res_beta.')*res_beta);
disp([0 beta0(1) beta0(2) norm_grad_f_beta f_beta]);
options = [sqrt(eps) 1.e-12 0];
for i = 1:nb_iterations_max
txt_legend{i+2} = ['iteration ' num2str(i)];
options(3) = i;
[beta, norm_grad_f_beta, f_beta, norm_delta, k, exitflag] = ...
Algo_Gauss_Newton(@(beta) residu_C14(beta, Donnees), ...
@(beta) J_residu_C14(beta, Donnees), ...
beta0, options);
disp([k beta(1) beta(2) norm_grad_f_beta f_beta norm_delta exitflag])
% Visualisation
A = beta(1)*exp(-beta(2)*T);
subplot(2, 3, 2)
plot(T,A)
legend(txt_legend{1:i+2})
% eval(['print -depsc fig_GN_courbe' int2str(i) '_C14'])
subplot(2, 3, 5)
plot(beta(1),beta(2),'ok')
text(beta(1),beta(2),[' \beta^{(' num2str(i) ')}'])
pause(0.5)
end
% Affichage des itérés de beta et sauvegarde des graphique
disp('--------------------------------------------------------------------------------------------')
%% Newton
% -------
% Initialisation de l'affichage
disp('Algorithme de Newton')
disp('--------------------------------------------------------------------------------------------')
disp(' nb_iter A0 lambda ||f''(beta)|| f(beta) ||delta|| exitflag ')
disp('--------------------------------------------------------------------------------------------')
% Calcul et affichage des valeurs initiales
res_beta = residu_C14(beta0, Donnees);
f_beta = 0.5*(res_beta.')*res_beta;
J_res_beta = J_residu_C14(beta0, Donnees);
norm_grad_f_beta = norm((J_res_beta.')*res_beta);
disp([0 beta0(1) beta0(2) norm_grad_f_beta f_beta]);
options = [sqrt(eps) 1.e-12 0];
for i = 1:nb_iterations_max
options(3) = i;
% Algorithme de Newton
[beta, norm_grad_f_beta, f_beta, norm_delta, k, exitflag] = ...
Algo_Newton(@(beta) Hess_f_C14(beta, Donnees, ...
@(beta) residu_C14(beta, Donnees), ...
@(beta) J_residu_C14(beta, Donnees)), ...
beta0, options);
% Affichage des valeurs
disp([k beta(1) beta(2) norm_grad_f_beta f_beta norm_delta exitflag])
% Visualisation
A = beta(1)*exp(-beta(2)*T);
subplot(2, 3, 3)
plot(T,A)
legend(txt_legend{1:i+2})
subplot(2, 3, 6)
plot(beta(1),beta(2),'ok')
text(beta(1),beta(2),[' \beta^{(' num2str(i) ')}'])
pause(0.5)
end
% Affichage des iteres de beta et sauvegarde des courbes
disp('--------------------------------------------------------------------------------------------')
print('C14_figures','-dpng')
diary