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#264 in 科学

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Apache-2.0 OR MIT

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Descent

一个带有第一和第二阶自动微分/源代码符号微分的非线性约束优化(数学规划)建模库。目前有一个用于非线性求解器 Ipopt 的接口。

依赖项

Ipopt (或 Bonmin) 必须在尝试构建 descent_ipopt 之前单独安装,因为 descent_ipopt 链接到 libipopt.so 共享库。

它只在 Linux 上进行了测试,但预计也适用于 macos,并且在适当的环境中可能在 Windows 上也适用。

要在自己的 crate 中使用,请在自己的 Cargo.toml 文件中添加以下内容

[dependencies]
descent = "0.3"
descent_ipopt = "0.3"
descent_macro = "0.3" # for optional but recommended expr! procedural macro use

示例

以下代码演示了如何使用 IPOPT 解决以下简单问题:min 2 y s.t. y >= x * x - x, x in [-10, 10]]

use descent::model::Model;
use descent_ipopt::IpoptModel;

let mut m = IpoptModel::new();

let x = m.add_var(-10.0, 10.0, 0.0);
let y = m.add_var(std::f64::NEG_INFINITY, std::f64::INFINITY, 0.0);
m.set_obj(2.0 * y);
m.add_con(y - x * x + x, 0.0, std::f64::INFINITY);

let (stat, sol) = m.solve();

descent_ipopt/examples/simple.rs 中提供了这个示例的完整示例,可以按照以下方式构建和运行

cargo build --release --example simple
./target/release/examples/simple

代码优化非常重要,因此在测试代码性能时,请确保开启或使用发布构建选项。

建模

在数学表达式中支持以下运算符:+-*.powi(i32).sin().cos()。表达式可以通过运算符重载或通过过程宏(需要nightly rust)生成。

通过运算符重载进行自动微分

可以使用运算符重载动态地生成具有最大灵活性的表达式。这是上面提供的示例中采用的方法。

通过过程宏进行源代码转换

如果nightly rust可用,则可以使用过程宏来“静态”生成用于评估表达式及其一阶和二阶导数的函数。这相对于动态运算符重载和AD方法提供了巨大的性能提升。以下使用过程宏表达式生成方法的示例如下:

#![feature(proc_macro_hygiene)]

use descent::model::Model;
use descent_ipopt::IpoptModel;
use descent_macro::expr;

let mut m = IpoptModel::new();

let x = m.add_var(-10.0, 10.0, 0.0);
let y = m.add_var(std::f64::NEG_INFINITY, std::f64::INFINITY, 0.0);
m.set_obj(expr!(2.0 * y; y));
m.add_con(expr!(y - x * x + x; x, y), 0.0, std::f64::INFINITY);

let (stat, sol) = m.solve();

更完整的示例可以在descent_ipopt/examples/problem_macro.rs中找到。

参数化

该库允许对值进行参数化,并易于进行求解器预热启动,以实现快速模型调整和解算。

待办事项

  • 清理匆忙编写的程序宏。
  • 与ipopt-sys crate集成,可能还与ipopt crate集成,而不是使用/维护自己的绑定。
  • Bonmin绑定(启用MINLP)。

许可证

Apache-2.0或MIT

依赖项

~1.5MB
~38K SLoC