约束冲突怎么办?没关系,MindOpt会出手的!

简介: 在对实际应用中的优化问题进行建模求解的过程中,往往会遇到问题不可行的情况。而不可行问题必然是由某些约束互相之间冲突导致的,如何分析问题的不可行性并识别出导致冲突的关键约束成为求解器应用的重要一环。这类导致问题不可行的最小约束子集被称为不可约不可行系统 (IIS, irreduciable infeasible system)。

MindOpt 设计了用来计算 IIS 的 API,用户可以通过利用该 API 来对不可行问题进行分析。再依据此对 IIS 中的约束进行修正或移除,可以使得优化问题变得可行,以便于更好地对实际问题进行分析建模和获得最优决策。

本文将讲述在Python环境遇到IIS问题是如何分析,让问题变的可行。



下载安装

用户可以点这里下载安装MindOpt优化求解器

开通算法服务控制台(免费的)

MindOpt的更多信息及官网


举例

我们在使用画图软件去画一个正方形,我们告诉系统长是5,但又告诉高是6,我们都知道这是不可能的。这里就存在约束,正方形是四边相等的约束,但我们又告诉他是6,这个时候系统就无法判断到底是边等于5还是等于6或者是不约束各边相等,那么他就会视为冲突。说明数据不对或者已知条件太多。解决办法就是查出多余的条件,像删除等于5或者等于6 各边相等。


入门算例

在线性规划问题中,IIS 可能并不是唯一的。若存在多个 IIS,则需要对优化问题进行多次调整,才能使其变得可行。例如:

image.png

在这个例子中,我们很容易知道 与 为一组 IIS, 与 为一组 IIS。在同时移除 或 中的任意一条约束以及 或 中的任意一条约束后,该问题将变得可行。


进阶算例

我们将通过一个更加复杂的例子,来展示如何在 MindOpt 中使用约束不可行性分析来获取 IIS。考虑如下的不可行约束系统:

image.png

其中,前面三组约束构成一组IIS,而第四个约束和变量上下界则构成另外一组IIS。

#注意:MindOpt 目前采用过滤算法来寻找IIS。过滤算法虽然能在短时间找出一组IIS,但无法保证IIS的规模是所有IIS组合中最小的。此外,若使用者对约束顺序做调整,则 MindOpt 也可能会产生不同的IIS。

#注意:实际操作上,我们建议使用者修复IIS中的冲突后,再将修改后的模型输入至求解IIS的API,并修复下一个IIS;依此直至所有的冲突都得以修复。


代码实现

下面是完整的例子,可复制存为test_IIS.py文件。

从开头到第三步【model.display_results()】我们使用的是和前文一样的建模方法


from mindoptpy import *


if __name__ == "__main__":

    MDO_INFINITY = MdoModel.get_infinity()

    # Step 1. 创建模型并更改参数。
    model = MdoModel()
    # 关闭预求解器,这样求解器就不会以 MDO_INF_OR_UBD 状态终止。
    model.set_int_param(MDO_INT_PARAM.PRESOLVE, 0)
    model.set_int_param(MDO_INT_PARAM.METHOD, 1)

    try:
        # Step 2. 输入模型。
        # 改为最小化问题。
        model.set_int_attr(MDO_INT_ATTR.MIN_SENSE, 1)

        # 添加变量
        x = []
        x.append(model.add_var(0.0, MDO_INFINITY, 0.0, None, "x0", False))
        x.append(model.add_var(0.0, MDO_INFINITY, 0.0, None, "x1", False))
        x.append(model.add_var(0.0, MDO_INFINITY, 0.0, None, "x2", False))
        x.append(model.add_var(5.0, MDO_INFINITY, 0.0, None, "x3", False))
        x.append(model.add_var(0.0,          2.0, 0.0, None, "x4", False))

        # 添加约束。
        conss = []
        conss.append(model.add_cons(-0.5 * x[0]       + x[1]                     >= 0.5,  "c0"))
        conss.append(model.add_cons( 2.0 * x[0]       - x[1]                     >= 3.0,  "c1"))
        conss.append(model.add_cons( 3.0 * x[0]       + x[1]                     <= 6.0,  "c2"))
        conss.append(model.add_cons(                          3.0 * x[3] - x[4]  <= 2.0,  "c3"))
        conss.append(model.add_cons(       x[0]                          + x[4]  <= 10.0, "c4"))
        conss.append(model.add_cons(       x[0] + 2.0 * x[1]      + x[3]         <= 14.0, "c5"))
        conss.append(model.add_cons(       x[1] +                   x[3]         >= 1.0,  "c6"))        

        # Step 3. 解决问题并填充结果。
        model.solve_prob()
        model.display_results()

        #接下来,当优化问题不可行时,使用 mindoptpy.MdoModel.compute_iis() 
        #获取不可约不可行子系统的行列坐标,并打印对应的约束名与变量名
        status_code, status_msg = model.get_status()
        if status_msg == "INFEASIBLE":
            print("Optimizer terminated with an MDO_INFEASIBLE status (code {0}).".format(status_code))
            print("Compute IIS.")
            idx_rows, idx_cols = model.compute_iis()

            print("Computed IIS has {0} rows and {1} columns.".format(len(idx_rows), len(idx_cols)))
            print("Populating IIS.")
            for i in idx_rows:
                print("Constraint: {0}".format(conss[i].get_str_attr("RowName")))
            for j in idx_cols:
                print("Variable: {0}".format(x[j].get_str_attr("ColName")))
        else:
            print("Optimizer terminated with a(n) {0} status (code {1}).".format(status_msg, status_code))

    except MdoError as e:
        print("Received Mindopt exception.")
        print(" - Code          : {}".format(e.code))
        print(" - Reason        : {}".format(e.message))
    except Exception as e:
        print("Received exception.")
        print(" - Explanation   : {}".format(e))
    finally:
    # Step 4. 释放模型。
    model.free_mdl()

然后运行代码,如命令行中执行 python test_IIS.py 文件后,得到求解的结果如下所示,#号里面是我添加的注释。

Model summary.
 - Num. variables     : 5
 - Num. constraints   : 7
 - Num. nonzeros      : 15
 - Bound range        : [5.0e-01,1.4e+01]
 - Objective range    : [0.0e+00,0.0e+00]
 - Matrix range       : [5.0e-01,3.0e+00]

Simplex method started.

    Iteration       Objective       Dual Inf.     Primal Inf.     Time
            0     0.00000e+00      0.0000e+00      1.6500e+01     0.01s    
            1     0.00000e+00      0.0000e+00      1.7500e+01     0.01s    
Simplex method terminated. Time : 0.003s

Optimizer summary.                         #优化器摘要
 - Optimizer used     : Simplex method     #单纯形法
 - Optimizer status   : INFEASIBLE         #优化状态不可行
 - Total time         : 0.008s
Solution not available.                    #解决方案不可用。
Optimizer terminated with an MDO_INFEASIBLE status (code 2).
Compute IIS.                               #然后开始计算IIS
IIS started.
IIS terminated. Time : 0.010s

A subsystem with 1 rows (out of 7 rows) that contains an IIS was found.
                                #找到了一个包含IIS的1行 (7行中) 的子系统。
Computed IIS has 1 rows and 0 columns.
Populating IIS.
Constraint: c3                            #可以对C3的约束进行修正或移除

联系我们

钉钉:damodi

邮箱地址:solver.damo@list.alibaba-inc.com


相关文章
|
机器学习/深度学习 算法 大数据
机器学习:Friedman检验与Nemenyi后续检验,Python实现
机器学习:Friedman检验与Nemenyi后续检验,Python实现
2418 0
机器学习:Friedman检验与Nemenyi后续检验,Python实现
|
消息中间件 存储 Cloud Native
揭秘发布订阅模式:让消息传递更高效
揭秘发布订阅模式:让消息传递更高效
揭秘发布订阅模式:让消息传递更高效
|
存储 SQL 缓存
Hadoop入门(一篇就够了)
Hadoop入门(一篇就够了)
44836 6
Hadoop入门(一篇就够了)
|
开发工具 git
Git从远程仓库拉取指定的分支
Git从远程仓库拉取指定的分支
5743 0
|
9月前
|
存储 人工智能 监控
2026年企业如何应用数据中台?从搭建到落地的实践路径
数据中台是企业数字化转型的核心,通过整合数据资源、提升治理能力,实现数据资产化与业务赋能。本文系统梳理其建设路径:从战略规划、数据盘点,到集成治理、服务输出,结合瓴羊Dataphin与Quick Audience等工具,推动营销等场景落地,并展望实时化、智能化、平民化未来趋势,助力企业释放数据价值。
|
10月前
|
算法 安全 自动驾驶
北斗卫星导航定位技术从核心误差修正方法、不同定位模式到工业场景融合应用详解(二)
北斗系统通过“空间星座+地面控制+用户终端”协同,以伪距测量和空间后方交会实现高精度定位。文章详解六大误差源及三层修正技术,涵盖开放、授权与增强三类定位模式,精度从米级至厘米级。结合UWB、蓝牙等技术,实现工业场景室内外无缝定位,广泛应用于导航、测绘、交通及安全管理。如果您想进一步了解北斗卫星定位技术和案例,欢迎搜索维构lbs智能定位~
|
人工智能 Nacos 开发者
Nacos 开源 MCP Router,加速 MCP 私有化部署
Nacos MCP Router 发布全新版本。带来了多项重要更新,包括对 SSE 和 StreamableHTTP 协议的全面支持、Docker 容器化部署方案以及革命性的 MCP Server 协议一键转换功能。文章中详细的介绍更新内容并简单演示了使用过程。Nacos MCP Router 新版本的发布,不仅提升了开发者的使用体验,也为 MCP 服务的广泛应用和生态繁荣奠定了基础,欢迎关注。
2210 63
|
人工智能 自然语言处理 供应链
AI技术落地方法论--从技术到生态的系统化落地
本文三桥君围绕AI技术落地难题,提出“点线面体”金字塔法则,系统解析从单点技术突破到行业生态构建的演进路径,并探讨技术支撑底座如何助力AI落地全过程。
687 29
|
运维 Linux 虚拟化
VMware虚拟机安装教程,Windows下安装VMware虚拟机,附VMware下载,Windows各版本系统镜像下载
虚拟机技术允许一台物理机运行多个操作系统,提升资源利用率,节省成本。通过快照、克隆等功能,实现系统快速恢复与复制,提高运维效率。本文详细介绍VMware虚拟机的安装步骤、Windows镜像下载及系统安装激活流程,适合初学者快速入门。
13435 0