【漫漫科研路\CC++】CPLEX解SOCP问题

2024-03-24 14:58
文章标签 c++ 问题 科研 cplex 漫漫 socp

本文主要是介绍【漫漫科研路\CC++】CPLEX解SOCP问题，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

IBM CPLEX可以解SOCP问题，但是需要先将这个SOCP问题化为指定的格式。本文首先介绍SOCP问题，然后举例介绍如何将SOCP问题转化为CPLEX认可的输入格式并求解。

SOCP的介绍

关于SOCP问题的介绍，可以参考Boyd等人写的Convex Optimization 或者是维基百科的SOCP词条 。这里摘录Convex Optimization一书中关于SOCP的定义：

在这里插入图片描述

CPLEX求解SOCP问题

使用CPLEX求解SOCP问题，一般需要将问题转化为CPLEX可以识别的格式。CPLEX的例子ilosocpex1(位于安装目录的examples文件夹内，例如：C:\Program Files\IBM\ILOG\CPLEX_Enterprise_Server129\CPLEX_Studio\cplex\examples)给予了格式说明：
在这里插入图片描述
下面我们首先给一个直接可以使用CPLEX求解的例子，然后在此基础上考虑一个更一般的例子（需要变量替换来符合格式）。

一个简单的例子

在这里插入图片描述
如上图所示，q1, q2可以直接转化为前面提到的CPLEX认可格式。下面给出源代码如下（注意项目需要预先配置好，配置请见上一篇博文）：

#include <cmath>
#include <string>
#include <iostream>
#include <ilcplex/ilocplex.h>ILOSTLBEGIN // import namespace std// Tolerance for testing KKT conditions.
#define TESTTOL 1e-9
// Tolerance for barrier convergence.
#define CONVTOL 1e-9//  A Simple Example//  Minimize//   obj: x1 + x2 + x3 + x4 + x5 + x6//  Subject To//   c1: x1 + x2      + x5      = 8//   c2:           x3 + x5 + x6 = 10//   q1: x1 >= |(x2, x3)| ---->>>>  q1: [ -x1^2 + x2^2 + x3^2 ] <= 0 and x1 >=0//   q2: x4 >= |x5|       ---->>>>  q2: [ -x4^2 + x5^2 ] <= 0 and x4 >=0//  Bounds//   x2 Free//   x3 Free//   x5 Free//   x6 Free//  Endstatic void
createmodel(IloModel& model, IloObjective &obj, IloNumVarArray &x,IloRangeArray &rngs, IloIntArray& cone)
{IloEnv env = model.getEnv();// Create variables.x.add(IloNumVar(env, 0, IloInfinity));x.add(IloNumVar(env, -IloInfinity, IloInfinity));x.add(IloNumVar(env, -IloInfinity, IloInfinity));x.add(IloNumVar(env, 0, IloInfinity));x.add(IloNumVar(env, -IloInfinity, IloInfinity));x.add(IloNumVar(env, -IloInfinity, IloInfinity));// Create objective function and immediately store it in return value.// obj = IloMinimize(env, x1 + x2 + x3 + x4 + x5 + x6);obj = IloMinimize(env, x[0]+x[1] + x[2] + x[3] + x[4] + x[5]);// Setup model.model.add(x[0] + x[1] + x[4]==8);model.add(x[2] + x[4] + x[5]==10);model.add(-x[0] * x[0] + x[1] * x[1] + x[2] * x[2]<=0);//equal to model.add(-x[3] * x[3] + x[4] * x[4]<=0), useful for lots of variablesdouble a[] = {0,0,0, -1,1 };IloExpr temp(env);for (IloInt i = 3; i < 5; i++){temp += a[i] * x[i] * x[i];}model.add(temp <= 0);temp.end();model.add(obj);
}int
main(void)
{IloEnv env;int retval = -1;try {// Create the model.IloModel model(env);IloCplex cplex(env);IloObjective obj(env);IloNumVarArray vars(env);IloRangeArray rngs(env);IloIntArray cone(env);createmodel(model, obj, vars, rngs, cone);// Extract model.cplex.extract(model);// Solve the problem. If we cannot find an _optimal_ solution then// there is no point in checking the KKT conditions and we throw an// exception.cplex.setParam(IloCplex::Param::Barrier::QCPConvergeTol, CONVTOL);if (!cplex.solve() || cplex.getStatus() != IloAlgorithm::Optimal)throw string("Failed to solve problem to optimality");IloNumArray vals_x(env);env.out() << "Solution status = " << cplex.getStatus() << endl;env.out() << "Solution value  = " << cplex.getObjValue() << endl;cplex.getValues(vals_x, vars);env.out() << "Values        = " << vals_x << endl;env.end();}catch (IloException &e) {cerr << "IloException: " << e << endl;if (env.getImpl())env.end();::abort();}catch (string& e) {cerr << e << endl;if (env.getImpl())env.end();::abort();}return retval;
}

运行结果如下图：
在这里插入图片描述

一个更一般的例子

在前面例子的基础上，我们只是改变了约束q1，使其更一般化，如下图所示：
在这里插入图片描述

为了将q1转化为合适的格式，我们使用变量替换 $x_7=x_1+x_2 $ 。因此只需在前面源代码中更改 createmodel 函数中的部分代码。为保持代码完整性，我们依旧给出完整的代码：

#include <cmath>
#include <string>
#include <iostream>
#include <ilcplex/ilocplex.h>ILOSTLBEGIN // import namespace std// Tolerance for testing KKT conditions.
#define TESTTOL 1e-9
// Tolerance for barrier convergence.
#define CONVTOL 1e-9//  A Simple Example//  Minimize//   obj: x1 + x2 + x3 + x4 + x5 + x6//  Subject To//   c1: x1 + x2      + x5      = 8//   c2:           x3 + x5 + x6 = 10//   q1: x1 + x2 >= |(x1, x2, x3)| ---->>>> q1:[-x7^2+x1^2+x2^2+x3^2]<=0 and x7=x1+x2>=0//   q2: x4 >= |x5|       ---->>>>  q2: [ -x4^2 + x5^2 ] <= 0 and x4 >=0//  Bounds//   x1 Free//   x2 Free//   x3 Free//   x5 Free//   x6 Free//  Endstatic void
createmodel(IloModel& model, IloObjective &obj, IloNumVarArray &x,IloRangeArray &rngs, IloIntArray& cone)
{IloEnv env = model.getEnv();// Create variables.x.add(IloNumVar(env, -IloInfinity, IloInfinity));x.add(IloNumVar(env, -IloInfinity, IloInfinity));x.add(IloNumVar(env, -IloInfinity, IloInfinity));x.add(IloNumVar(env, 0, IloInfinity));x.add(IloNumVar(env, -IloInfinity, IloInfinity));x.add(IloNumVar(env, -IloInfinity, IloInfinity));x.add(IloNumVar(env, 0, IloInfinity));// x7// Create objective function and immediately store it in return value.// obj = IloMinimize(env, x1 + x2 + x3 + x4 + x5 + x6);obj = IloMinimize(env, x[0]+x[1] + x[2] + x[3] + x[4] + x[5]);// Setup model.model.add(x[0] + x[1] + x[4]==8);model.add(x[2] + x[4] + x[5]==10);model.add(x[6] - x[0] - x[1] == 0); // x7 = x1 + x2model.add(-x[6] * x[6]+ x[0] * x[0] + x[1] * x[1] + x[2] * x[2]<=0); //[-x7^2+x1^2+x2^2+x3^2]<=0//equal to model.add(-x[3] * x[3] + x[4] * x[4]<=0), useful for lots of variablesdouble a[] = {0,0,0, -1,1 };IloExpr temp(env);for (IloInt i = 3; i < 5; i++){temp += a[i] * x[i] * x[i];}model.add(temp <= 0);temp.end();model.add(obj);
}int
main(void)
{IloEnv env;int retval = -1;try {// Create the model.IloModel model(env);IloCplex cplex(env);IloObjective obj(env);IloNumVarArray vars(env);IloRangeArray rngs(env);IloIntArray cone(env);createmodel(model, obj, vars, rngs, cone);// Extract model.cplex.extract(model);// Solve the problem. If we cannot find an _optimal_ solution then// there is no point in checking the KKT conditions and we throw an// exception.cplex.setParam(IloCplex::Param::Barrier::QCPConvergeTol, CONVTOL);if (!cplex.solve() || cplex.getStatus() != IloAlgorithm::Optimal)throw string("Failed to solve problem to optimality");IloNumArray vals_x(env);env.out() << "Solution status = " << cplex.getStatus() << endl;env.out() << "Solution value  = " << cplex.getObjValue() << endl;cplex.getValues(vals_x, vars);env.out() << "Values        = " << vals_x << endl;env.end();}catch (IloException &e) {cerr << "IloException: " << e << endl;if (env.getImpl())env.end();::abort();}catch (string& e) {cerr << e << endl;if (env.getImpl())env.end();::abort();}return retval;
}

运行结果如下图：
在这里插入图片描述

这篇关于【漫漫科研路\CC++】CPLEX解SOCP问题的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/841948。

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