SciPy Minimization Convergence Problems for Objective Function with Small Values and Numerical Derivatives

I’m having issues with minimization with SciPy for an objective function that returns a small value, and for a problem where I would like to use numerical derivatives in a gradient-based algorithm. It for a problem related to optimal sampling sizes from Cochran’s 1977 “Sampling Techniques” textbook. My minimum working example is as follows:


import numpy as np
import math
from scipy.optimize import minimize

#parameters
n_strata=4
strata_size = [0.25, 0.25, 0.25, 0.25]
strata_variance = [0.25, 0.25, 0.25, 0.25]
total_sample = 8000

#parameter to control the scale of the objective function
scale_value = 1.0


#objective function that the variance of a stratified estimator
def objective_function(n_vec_in_short):

    #convert from numpy to a list
    if isinstance(n_vec_in_short,np.ndarray):
        n_vec_in_short_list= n_vec_in_short.tolist()
    else:
        n_vec_in_short_list = n_vec_in_short
    
    #get the sample size of the last stratum 
    n_last_stratum = total_sample - sum( n_vec_in_short_list)
    
    #now create the vector that is of lenght n_strata
    n_vec = n_vec_in_short_list
    n_vec.append(n_last_stratum)
   
    variance_total=0.0

    #get the sum of variance across strata
    for h in range(0,n_strata):
        variance_total = variance_total + (strata_size[h]**2)*strata_variance[h]/n_vec[h]

    return variance_total*scale_value

solution = minimize(objective_function, [2500,2500,2500] , method='BFGS' )
print(solution)


true_optimum = objective_function([2000,2000,2000])
print(true_optimum)


My issue is that if I set the scale value for the objective function to 1.0, it returns only the initial guess of [2500,2500,2500]. However, if I change the scale value to 100000.0, I do get the optimal solution.

I know how to fix this for the minimum working example. But for the actual problem I’m working on, I would appreciate help understanding SciPy better to understand how best to set parameters for algorithms that use numerical derivatives, to better avoid convergence issues like this.

Tried ad-hoc solutions that worked, but want community help to understand minimize better to have a less ad-hoc solution

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật