CN215526644U - 一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路，涉及近端梯度流算法电路技术领域。本实用新型包括第一减法模块、第一反向比例模块、第二反向比例模块、第二减法模块、近端算子模块、第三减法模块、第三反向比例模块和积分模块，第一减法模块包括运算放大器U1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电池组V1、电阻R7和电阻R6。本实用新型通过第一减法模块、第一反向比例模块、第二反向比例模块、第二减法模块、近端算子模块、第三减法模块、第三反向比例模块和积分模块的相互配合，能有效的进行求解，提升了运行的稳定性，避免了电路在求解时易产生误差，保障了求解准确性。

Description

一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路

技术领域

本实用新型属于近端梯度流算法电路技术领域，特别是涉及一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路。

背景技术

目标函数f(x)就是用设计变量来表示的所追求的目标形式，所以目标函数就是设计变量的函数，是一个标量，二次规划是非线性规划中的一类特殊数学规划问题，在很多方面都有应用，L1范数正则化是机器学习中重要的手段，在支持向量机学习过程中，实际是一种对于成本函数求解最优的过程，因此，L1范数正则化通过向成本函数中添加L1范数，使得学习得到的结果满足稀疏化，从而方便人们提取特征，针对二次规划与L1范数结合的目标函数的求解，使用到了近端梯度流算法电路，现有的近端梯度流算法电路，不能有效的进行求解，运行稳定性较差，电路在求解时易产生误差，造成求解出错，基于此，我们提出了一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路，以解决现有的问题：现有的近端梯度流算法电路，不能有效的进行求解，运行稳定性较差，电路在求解时易产生误差，造成求解出错。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型为一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路，包括第一减法模块、第一反向比例模块、第二反向比例模块、第二减法模块、近端算子模块、第三减法模块、第三反向比例模块和积分模块。

进一步地，所述第一减法模块包括运算放大器U1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电池组V1、电阻R7和电阻R6，所述运算放大器U1的输出端与电阻R7的一端连接，所述运算放大器U1的同相输入端与电阻R3的一端和电阻R6的一端连接，所述运算放大器U1的反相输入端与电阻R4的一端、电阻R5的一端和电阻R7的另一端连接，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R4的另一端与电池组V1的正极连接，所述电池组V1的负极接地，所述电阻R3的另一端与电阻R5的另一端连接；

所述第二减法模块包括运算放大器U4、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，所述运算放大器U4的输出端与电阻R14的一端连接，所述运算放大器U4的反相输入端与电阻R11的一端和电阻R14的另一端连接，所述运算放大器U4的同相输入端与电阻R12的一端和电阻R13的一端连接，所述电阻R13的另一端接地，所述电阻R12的另一端与电阻R5的另一端连接；

所述第三减法模块包括运算放大器U9、电阻R21、电阻R19、电阻R20和电阻R22，所述运算放大器U9的输出端与电阻R21的一端连接，所述运算放大器U9的反相输入端与电阻R21的另一端和电阻R19的一端连接，所述运算放大器U9的同相输入端与电阻R20的一端和电阻R22的一端连接，所述电阻R19的另一端与电阻R5的另一端连接，所述电阻R22的另一端接地。

进一步地，所述第一反向比例模块包括运算放大器U2、电阻R8和电位器RW1，所述运算放大器U2的输出端与电位器RW1的1号引脚连接，所述运算放大器U2的反相输入端与电阻R8的一端和电位器RW1的2号引脚连接，所述运算放大器U2的同相输入端接地，所述电阻R8的另一端与运算放大器U1的输出端连接；

所述第二反向比例模块包括运算放大器U3、电阻R9和电阻R10，所述运算放大器U3的输出端与电阻R10的一端和电阻R11的另一端连接，所述运算放大器U3的反相输入端与电阻R9的一端连接，所述运算放大器U3的同相输入端接地，所述电阻R9的另一端与运算放大器U2的输出端连接；

所述第三反向比例模块包括运算放大器U10、电阻R23和电位器RW2，所述运算放大器U10的输出端与电位器RW2的1号引脚连接，所述运算放大器U10的反相输入端与电阻R23的一端和电位器RW2的2号引脚连接，所述运算放大器U10的同相输入端接地，所述电阻R23的另一端与运算放大器U9的输出端连接。

进一步地，所述近端算子模块包括运算放大器U5、运算放大器U8、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、运算放大器U6、电池组V2、电容C2、二极管VD1、运算放大器U7、电池组V3、电容C5和二极管VD2，所述运算放大器U5的同相输入端与运算放大器U4的输出端连接，所述运算放大器U5的反相输入端与运算放大器U5的输出端连接，所述运算放大器U8的输出端与电阻R18的一端和电阻R20的另一端连接，所述运算放大器U8的同相输入端与电阻R16的一端和电阻R15的一端连接，所述运算放大器U8的反相输入端与电阻R17的一端和电阻R18的另一端连接，所述电阻R15的另一端接地，所述电阻R16的另一端与运算放大器U5的同相输入端连接，所述电阻R17的另一端与运算放大器U5的输出端连接，所述运算放大器U6的输出端与电容C2的一端和二极管VD1的负极连接，所述运算放大器U6的反相输入端与电容C2的另一端、二极管VD1的正极和运算放大器U5的输出端连接，所述运算放大器U6的同相输入端与电池组V2的正极连接，所述电池组V2的负极接地，所述运算放大器U7的输出端与电容C5的一端和二极管VD2的正极连接，所述运算放大器U7的反相输入端与电容C5的另一端、二极管VD2的负极和二极管VD1的正极连接，所述运算放大器U7的同相输入端与电池组V3的正极连接，所述电池组V3的负极接地。

进一步地，所述积分模块包括运算放大器U电阻R6、电阻R1、电容C1和电阻R2，所述运算放大器U电阻R6的输出端与电容C1的一端、电阻R2的一端和电阻R3的另一端连接，所述运算放大器U电阻R6的反相输入端与电阻R1的一端、电容C1的另一端和电阻R2的另一端连接，所述运算放大器U电阻R6的同相输入端接地，所述电阻R1的另一端运算放大器U10的输出端连接。

进一步地，还包括正向比例模块，所述正向比例模块包括运算放大器U12、电阻R24、电阻R25和电阻R26，所述运算放大器U12的输出端与电阻R26的一端连接，所述运算放大器U12的同相输入端与电阻R24的一端连接，所述运算放大器U12的反相输出端与电阻R25的一端和电阻R26的另一端连接，所述电阻R25的另一端接地。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型通过第一减法模块、第一反向比例模块、第二反向比例模块、第二减法模块、近端算子模块、第三减法模块、第三反向比例模块和积分模块的相互配合，能有效的进行求解，提升了运行的稳定性，避免了电路在求解时易产生误差，保障了求解准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的近端梯度流算法模拟电路图；

图2为本实用新型的正向比例电路模拟电路图；

图3为本实用新型求解具体例子的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3所示，本实用新型为一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路，包括第一减法模块、第一反向比例模块、第二反向比例模块、第二减法模块、近端算子模块、第三减法模块、第三反向比例模块和积分模块；

所述第一减法模块包括运算放大器U1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电池组V1、电阻R7和电阻R6，所述运算放大器U1的输出端与电阻R7的一端连接，所述运算放大器U1的同相输入端与电阻R3的一端和电阻R6的一端连接，所述运算放大器U1的反相输入端与电阻R4的一端、电阻R5的一端和电阻R7的另一端连接，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R4的另一端与电池组V1的正极连接，所述电池组V1的负极接地，所述电阻R3的另一端与电阻R5的另一端连接；

所述第二减法模块包括运算放大器U4、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，所述运算放大器U4的输出端与电阻R14的一端连接，所述运算放大器U4的反相输入端与电阻R11的一端和电阻R14的另一端连接，所述运算放大器U4的同相输入端与电阻R12的一端和电阻R13的一端连接，所述电阻R13的另一端接地，所述电阻R12的另一端与电阻R5的另一端连接；

所述第三减法模块包括运算放大器U9、电阻R21、电阻R19、电阻R20和电阻R22，所述运算放大器U9的输出端与电阻R21的一端连接，所述运算放大器U9的反相输入端与电阻R21的另一端和电阻R19的一端连接，所述运算放大器U9的同相输入端与电阻R20的一端和电阻R22的一端连接，所述电阻R19的另一端与电阻R5的另一端连接，所述电阻R22的另一端接地；

所述第一反向比例模块包括运算放大器U2、电阻R8和电位器RW1，所述运算放大器U2的输出端与电位器RW1的1号引脚连接，所述运算放大器U2的反相输入端与电阻R8的一端和电位器RW1的2号引脚连接，所述运算放大器U2的同相输入端接地，所述电阻R8的另一端与运算放大器U1的输出端连接；

所述第二反向比例模块包括运算放大器U3、电阻R9和电阻R10，所述运算放大器U3的输出端与电阻R10的一端和电阻R11的另一端连接，所述运算放大器U3的反相输入端与电阻R9的一端连接，所述运算放大器U3的同相输入端接地，所述电阻R9的另一端与运算放大器U2的输出端连接；

所述第三反向比例模块包括运算放大器U10、电阻R23和电位器RW2，所述运算放大器U10的输出端与电位器RW2的1号引脚连接，所述运算放大器U10的反相输入端与电阻R23的一端和电位器RW2的2号引脚连接，所述运算放大器U10的同相输入端接地，所述电阻R23的另一端与运算放大器U9的输出端连接；

所述近端算子模块包括运算放大器U5、运算放大器U8、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、运算放大器U6、电池组V2、电容C2、二极管VD1、运算放大器U7、电池组V3、电容C5和二极管VD2；

所述运算放大器U5的同相输入端与运算放大器U4的输出端连接，所述运算放大器U5的反相输入端与运算放大器U5的输出端连接；

所述运算放大器U8的输出端与电阻R18的一端和电阻R20的另一端连接，所述运算放大器U8的同相输入端与电阻R16的一端和电阻R15的一端连接，所述运算放大器U8的反相输入端与电阻R17的一端和电阻R18的另一端连接，所述电阻R15的另一端接地，所述电阻R16的另一端与运算放大器U5的同相输入端连接，所述电阻R17的另一端与运算放大器U5的输出端连接；

所述运算放大器U6的输出端与电容C2的一端和二极管VD1的负极连接，所述运算放大器U6的反相输入端与电容C2的另一端、二极管VD1的正极和运算放大器U5的输出端连接，所述运算放大器U6的同相输入端与电池组V2的正极连接，所述电池组V2的负极接地；

所述运算放大器U7的输出端与电容C5的一端和二极管VD2的正极连接，所述运算放大器U7的反相输入端与电容C5的另一端、二极管VD2的负极和二极管VD1的正极连接，所述运算放大器U7的同相输入端与电池组V3的正极连接，所述电池组V3的负极接地。

所述积分模块包括运算放大器U电阻R6、电阻R1、电容C1和电阻R2，所述运算放大器U电阻R6的输出端与电容C1的一端、电阻R2的一端和电阻R3的另一端连接，所述运算放大器U电阻R6的反相输入端与电阻R1的一端、电容C1的另一端和电阻R2的另一端连接，所述运算放大器U电阻R6的同相输入端接地，所述电阻R1的另一端运算放大器U10的输出端连接；

还包括正向比例模块，所述正向比例模块包括运算放大器U12、电阻R24、电阻R25和电阻R26，所述运算放大器U12的输出端与电阻R26的一端连接，所述运算放大器U12的同相输入端与电阻R24的一端连接，所述运算放大器U12的反相输出端与电阻R25的一端和电阻R26的另一端连接，所述电阻R25的另一端接地。

实施例一：

由运算放大器U1和电阻组成的减法电路，得到运算放大器U1的输出端输出电压，通过由运算放大器U2和电阻组成的反向比例电路，得到U2的输出端输出电压，通过由运算放大器U3和电阻组成的反向比例电路，得到U3的输出端输出电压，通过由运算放大器U4和电阻组成的减法电路，得到运算放大器U4的输出端输出电压，通过由运算放大器U5、运算放大器U6、运算放大器U7、运算放大器U8、和电阻、电容及二极管组成的近端算子模拟电路，得到电阻R17的输出端输出电压，通过由电阻R19和电阻组成的减法电路，得到运算放大器U9的输出端输出电压，通过由运算放大器U10和电阻组成的反向比例电路，得到运算放大器U10的输出端输出电压，通过由运算放大器U电阻R6和电容及电阻组成的积分电路，得到运算放大器U电阻R6的输出端输出电压为所要求解的值，能有效的进行求解，提升了运行的稳定性，避免了电路在求解时易产生误差，保障了求解准确性。

实施例二：

将两个近端梯度流算法电路进行并联，使其中一个近端梯度流算法电路电阻R3的另一端串联一个正向比例模块，使运算放大器U12的输出端与其中一个近端梯度流算法电路电阻R3的另一端串联，电阻R24的另一端与其中一个近端梯度流算法电路运算放大器U电阻R6的输出端连接，其中一个近端梯度流算法电路运算放大器U电阻R6的输出端与另一个近端梯度流算法电路电阻R5的另一端连接，其中一个近端梯度流算法电路电阻R5的另一端连接与另一个近端梯度流算法电路运算放大器U电阻R6的输出端连接，使两个电路进行运行，得到的两个运算放大器U电阻R6的输出端输出电压为所求解的二维向量值。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路，其特征在于，包括第一减法模块、第一反向比例模块、第二反向比例模块、第二减法模块、近端算子模块、第三减法模块、第三反向比例模块和积分模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路，其特征在于，所述第一减法模块包括运算放大器U1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电池组V1、电阻R7和电阻R6，所述运算放大器U1的输出端与电阻R7的一端连接，所述运算放大器U1的同相输入端与电阻R3的一端和电阻R6的一端连接，所述运算放大器U1的反相输入端与电阻R4的一端、电阻R5的一端和电阻R7的另一端连接，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R4的另一端与电池组V1的正极连接，所述电池组V1的负极接地，所述电阻R3的另一端与电阻R5的另一端连接；

所述第二减法模块包括运算放大器U4、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14，所述运算放大器U4的输出端与电阻R14的一端连接，所述运算放大器U4的反相输入端与电阻R11的一端和电阻R14的另一端连接，所述运算放大器U4的同相输入端与电阻R12的一端和电阻R13的一端连接，所述电阻R13的另一端接地，所述电阻R12的另一端与电阻R5的另一端连接；

所述第三减法模块包括运算放大器U9、电阻R21、电阻R19、电阻R20和电阻R22，所述运算放大器U9的输出端与电阻R21的一端连接，所述运算放大器U9的反相输入端与电阻R21的另一端和电阻R19的一端连接，所述运算放大器U9的同相输入端与电阻R20的一端和电阻R22的一端连接，所述电阻R19的另一端与电阻R5的另一端连接，所述电阻R22的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路，其特征在于，所述第一反向比例模块包括运算放大器U2、电阻R8和电位器RW1，所述运算放大器U2的输出端与电位器RW1的1号引脚连接，所述运算放大器U2的反相输入端与电阻R8的一端和电位器RW1的2号引脚连接，所述运算放大器U2的同相输入端接地，所述电阻R8的另一端与运算放大器U1的输出端连接；

所述第二反向比例模块包括运算放大器U3、电阻R9和电阻R10，所述运算放大器U3的输出端与电阻R10的一端和电阻R11的另一端连接，所述运算放大器U3的反相输入端与电阻R9的一端连接，所述运算放大器U3的同相输入端接地，所述电阻R9的另一端与运算放大器U2的输出端连接；

所述第三反向比例模块包括运算放大器U10、电阻R23和电位器RW2，所述运算放大器U10的输出端与电位器RW2的1号引脚连接，所述运算放大器U10的反相输入端与电阻R23的一端和电位器RW2的2号引脚连接，所述运算放大器U10的同相输入端接地，所述电阻R23的另一端与运算放大器U9的输出端连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路，其特征在于，所述近端算子模块包括运算放大器U5、运算放大器U8、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、运算放大器U6、电池组V2、电容C2、二极管VD1、运算放大器U7、电池组V3、电容C5和二极管VD2，所述运算放大器U5的同相输入端与运算放大器U4的输出端连接，所述运算放大器U5的反相输入端与运算放大器U5的输出端连接，所述运算放大器U8的输出端与电阻R18的一端和电阻R20的另一端连接，所述运算放大器U8的同相输入端与电阻R16的一端和电阻R15的一端连接，所述运算放大器U8的反相输入端与电阻R17的一端和电阻R18的另一端连接，所述电阻R15的另一端接地，所述电阻R16的另一端与运算放大器U5的同相输入端连接，所述电阻R17的另一端与运算放大器U5的输出端连接，所述运算放大器U6的输出端与电容C2的一端和二极管VD1的负极连接，所述运算放大器U6的反相输入端与电容C2的另一端、二极管VD1的正极和运算放大器U5的输出端连接，所述运算放大器U6的同相输入端与电池组V2的正极连接，所述电池组V2的负极接地，所述运算放大器U7的输出端与电容C5的一端和二极管VD2的正极连接，所述运算放大器U7的反相输入端与电容C5的另一端、二极管VD2的负极和二极管VD1的正极连接，所述运算放大器U7的同相输入端与电池组V3的正极连接，所述电池组V3的负极接地。

5.根据权利要求4所述的一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路，其特征在于，所述积分模块包括运算放大器U电阻R6、电阻R1、电容C1和电阻R2，所述运算放大器U电阻R6的输出端与电容C1的一端、电阻R2的一端和电阻R3的另一端连接，所述运算放大器U电阻R6的反相输入端与电阻R1的一端、电容C1的另一端和电阻R2的另一端连接，所述运算放大器U电阻R6的同相输入端接地，所述电阻R1的另一端运算放大器U10的输出端连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于近端梯度流算法求解二次规划问题的电路，其特征在于，还包括正向比例模块，所述正向比例模块包括运算放大器U12、电阻R24、电阻R25和电阻R26，所述运算放大器U12的输出端与电阻R26的一端连接，所述运算放大器U12的同相输入端与电阻R24的一端连接，所述运算放大器U12的反相输出端与电阻R25的一端和电阻R26的另一端连接，所述电阻R25的另一端接地。

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