×

支持凸MINLP的超平面优化工具包。 (英语) Zbl 1496.90040号

摘要:本文提出了一种混合整数非线性规划(MINLP)问题的开源求解器。支持超平面优化工具包(SHOT)将基于多面体外部近似(POA)的对偶策略与原始启发式相结合。POA是通过用扩展支持超平面(ESH)和扩展切割平面(ECP)算法获得的线性化来表示MINLP问题的非线性可行集。双重策略可以以所谓的单树方式与混合整数编程(MIP)子解算器紧密集成,,只解决了单个MIP优化问题,其中多面体线性化通过MIP求解器中的回调添加为惰性约束。与大多数其他基于POA的方法相比,这使MIP解算器能够在每次迭代中重用分支树。SHOT是一个COIN-OR开源项目,它使用了灵活的基于任务的结构,使其易于扩展和修改。它目前可在GAMS中使用,并可通过其ASL接口在AMPL、Pyomo和JuMP中使用。本文描述了SHOT中实现的主要功能和解决策略,并通过对MINLPLib问题库中406个凸MINLP问题的数值基准测试,说明了它们对性能的影响。SHOT中引入的许多功能也可用于其他基于POA的解算器。为了显示SHOT的整体有效性,还将其与相同基准集上的其他最先进的解算器进行了比较。

MSC公司:

90立方厘米 混合整数编程
90C25型 凸面编程
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Abhishek,K。;Leyffer,S。;Linderath,J.,FilMINT:凸混合整数非线性程序的基于外部近似的解算器,INFORMS J.Compute。,22, 4, 555-567 (2010) ·Zbl 1243.90142号
[2] Alefeld,G。;波特拉,FA;Shi,Y.,算法748:连续函数的封闭零点,ACM Trans。数学。软质。,21, 3, 327-344 (1995) ·Zbl 0872.65041号
[3] Bell,B.M.:Cppad:C++算法微分包。计算。基础设施。操作。第57(10)号决议(2012年)
[4] Belotti,P.:Couenne:用户手册。利海大学,技术报告(2009)
[5] 伯纳尔,德国;Vigerske,S。;Trespalacios,F。;Grossmann,IE,使用可行性泵改进DICOPT在凸MINLP问题中的性能,Optim。方法软件。,35, 1, 171-190 (2020) ·Zbl 1425.90070
[6] Berthold,T.,Lodi,A.,Salvagnin,D.:十年的可行性研究和计算。技术报告,蒙塔尔理工学院,盖尼工业大学数学系(2017年)·Zbl 1430.90429号
[7] Bisschop,J.:AIMMS优化建模。路路网(2006)
[8] Bonami,P.,Biegler,L.T.,Conn,A.R.,Cornuéjols,G.,Grossmann,I.E.,Laird,C.D.,Lee,J.,Lodi,A.,Margot,F.,Sawaya,N.,Wächter,A.:凸混合整数非线性规划的算法框架。离散优化。5(2), 186-204 (2008) ·Zbl 1151.90028号
[9] Bonami,P。;Cornuéjols,G。;Lodi,A。;Margot,F.,混合整数非线性程序的可行性泵,数学。程序。,119,2331-352(2009年)·Zbl 1163.90013号
[10] Brook,A.,Kendrick,D.,Meeraus,A.:GAMS,用户指南。ACM Signum新闻。23(3-4), 10-11 (1988)
[11] Bussieck,M。;Dirkse,S。;Vigerske,S.,PAVER 2.0:一个自动化性能分析基准数据的开源环境,J.Global Optim。,5925-275(2014年)·Zbl 1300.90003号
[12] 布西克,MR;Meeraus,A。;Kallrath,J.,《通用代数建模系统(GAMS)》,《数学优化中的建模语言》,137-157(2004),波士顿:斯普林格出版社,波士顿
[13] Bussieck,M.R.,Vigerske,S.:MINLP解算器软件。收录于:威利运筹学与管理科学百科全书。威利在线图书馆,第1-12页(2010年)
[14] Ceccon,F。;Siirola,JD;Misener,R.,SUSPECT:适用于pyomo,Optim的MINLP特殊结构探测器。莱特。,14, 801-814 (2019) ·Zbl 1444.90081号
[15] Dakin,RJ,混合整数规划问题的树搜索算法,计算。J.,8,3,250-255(1965)·Zbl 0154.42004号
[16] Drud,AS,CONOPT——大型GRG代码,ORSA J.Compute。,6, 2, 207-216 (1994) ·Zbl 0806.90113号
[17] 邓宁,I。;哈切特,J。;Lubin,M.,JuMP:数学优化建模语言,SIAM Rev.,59,2,295-320(2017)·Zbl 1368.90002号
[18] 马萨诸塞州杜兰;Grossmann,IE,一类混合整数非线性程序的外逼近算法,数学。程序。,36, 3, 307-339 (1986) ·Zbl 0619.90052号
[19] 弗莱彻,R。;Leyffer,S.,《用外近似法求解混合整数非线性程序》,数学。程序。,66, 1, 327-349 (1994) ·兹伯利0839.0088
[20] Forrest,J.,Lougee-Heimer,R.:《CBC用户指南》(2005)。网址:http://www.coin-or.org/Cbc
[21] 福勒,R.,盖伊,D.,科尼根,B.:AMPL。Boyd&Fraser Danvers(1993)
[22] 福勒,R。;男同性恋,DM;Kernighan,BW,数学编程建模语言,Manag。科学。,36, 5, 519-554 (1990) ·兹比尔0701.90062
[23] 福勒,R。;马,J。;Martin,K.,OSiL:一种优化实例语言,Compute。最佳方案。申请。,45, 1, 181-203 (2010) ·邮编:1189.90007
[24] GAMS开发公司:SBB用户手册(2018年)。https://www.gams.com/latest/docs/S_SB.html网址
[25] Gassmann,H.,Ma,J.,Martin,K.,Sheng,W.:优化服务2.10用户手册。http://projects.coin-or.org/svn/OS/trunk/OS/doc/osUsersManual.pdf (2015)
[26] Geoffrion,AM,广义Benders分解,J.Optim。理论应用。,10, 4, 237-260 (1972) ·Zbl 0229.90024
[27] Grossmann,IE,《非线性混合整数和析取编程技术综述》,Optim。工程,3,3,227-252(2002)·Zbl 1035.90050
[28] Grossmann,I.E.、Viswanathan,J.、Vecchietti,A.、Raman,R.、Kalvelagen,E.等人:GAMS/DICOPT:离散连续优化包。GAMS公司(2002)
[29] Guennebaud,G.、Jacob,B.等人:Eigen v3(2010)。网址:http://eigen.tuxfamily.org
[30] 俄克拉荷马州古普塔;Ravindran,A.,凸非线性整数规划中的分枝定界实验,Manag。科学。,31, 12, 1533-1546 (1985) ·Zbl 0591.90065号
[31] 哈特,WE;莱尔德,C。;沃森,J-P;伍德拉夫,DL,Pyomo-Optimization Modeling in Python(2012),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 1233.90002号
[32] Hijazi,H。;Bonami,P。;Ouorou,A.,可分离混合整数非线性程序的外-内近似,INFORMS J.Compute。,26, 1, 31-44 (2014) ·Zbl 1356.90091号
[33] 高铁:用于大规模科学计算的Fortran代码集合。http://www.hsl.rl.ac.uk (2018)
[34] Hunting,M.:MINLP的AIMMS外部近似算法。技术报告,AIMMS B.V(2011)
[35] Kröger,O.,Coffrin,C.,Hijazi,H.,Nagarajan,H.:Julia中的开放源非线性分支绑定解算器。arXiv预印本,Juniper,第07332页(2018)·兹比尔1511.90001
[36] Kronqvist,J。;伯纳尔,德国;Grossmann,IE,在凸MINLP的外部近似中使用正则化和二阶信息,数学。程序。,180, 285-310 (2020) ·Zbl 1461.65168号
[37] Kronqvist,J。;伯纳尔,德国;伦德尔,A。;Grossmann,IE,凸MINLP求解器的回顾和比较,Optim。工程,20397-455(2019)
[38] Kronqvist,J。;伦德尔,A。;Westerlund,T.,凸混合整数非线性规划的扩展支持超平面算法,J.Global Optim。,64, 2, 249-272 (2015) ·Zbl 1339.90247号
[39] Kronqvist,J.,Lundell,A.,Westerlund,T.:解决凸混合整数非线性规划问题的中心切割算法。收录:《计算机辅助化学工程》第40卷。Elsevier,第2131-2136页(2017年)
[40] Kronqvist,J。;伦德尔,A。;Westerlund,T.,解决凸MINLP问题时利用可分性的重整,J.Global Optim。,71, 571-592 (2018) ·Zbl 1402.90098号
[41] 拉斯图西尔塔,T。;布西克,MR;Westerlund,T.,《GAMS/AlphaECP MINLP求解器的实验研究》,工业工程化学。第48、15、7337-7345号决议(2009年)
[42] Leyffer,S.:混合整数非线性规划的确定性方法。邓迪大学博士论文(1993)
[43] Liberti,L.:数学编程中的重构技术。HDR论文(2009)·Zbl 1170.90304号
[44] Lin,Y。;Schrage,L.,LINDO API中的全局解算器,Optim。方法软件。,24, 4-5, 657-668 (2009) ·Zbl 1177.90325号
[45] Lubin,M.,Yamangil,E.,Bent,R.,Vielma,J.P.:混合整数凸规划中的扩展公式。摘自:Louveaux,Q.,Skutella,M.(编辑),整数规划和组合优化:第18届国际会议,IPCO 2016。施普林格国际出版公司,第102-113页(2016年)·兹比尔1419.90078
[46] Lundell,A.:全局优化中符号函数的转换技术。奥博阿卡德米大学博士论文(2009年)
[47] Lundell,A.,Kronqvist,J.,Westerlund,T.:对凸MINLP支持超平面优化工具箱求解器的改进。摘自:第十三届全球优化研讨会GOW’16。第16卷。第101-104页(2016)
[48] Lundell,A.,Kronqvist,J.,Westerlund,T.:SHOT-Wolfram Mathematica中凸MINLP的全局解算器。收录:《计算机辅助化学工程》第40卷。Elsevier,第2137-2142页(2017年)
[49] Lundell,A.,Kronqvist,J.,Westerlund,T.:支持超平面优化工具包。http://www.github.com/coin-or/shot(2018) ·Zbl 1339.90247号
[50] 伦德尔,A。;韦斯特伦德,J。;Westerlund,T.,《在全局优化中的一些转换技术及其应用》,J.global Optim。,43, 2, 391-405 (2009) ·Zbl 1169.90453号
[51] 伦德尔,A。;Westerlund,T.,使用重新公式和符号变换解决全局优化问题,计算。化学。工程,116122-134(2018)
[52] Mahajan,A.、Leyffer,S.、Linderath,J.、Luedtke,J.和Munson,T.:牛头怪:一个混合整数非线性优化工具包。预打印,在线优化。http://www.optimization-online.org/DB_FILE/2017/10/6275.pdf (2017) ·Zbl 1476.65099号
[53] Melo,W.,Fampa,M.,Raupp,F.:MINLP算法及其在Muriqui Optimizer中的实现概述。安·Oper。第217-241号决议(2020年)·Zbl 1443.90256号
[54] Messine,F.,使用区间约束传播技术的确定性全局优化,RAIRO Oper。研究,38,4,277-293(2004)·Zbl 1114.90156号
[55] MINLP库:混合整数非线性编程库。1月6日访问网址:http://www.minlplib.org/ (2020)
[56] 米塞纳,R。;Floudas,CA,ANTIGONE:非线性方程的连续/整数全局优化算法,J.global Optim。,59, 2-3, 503-526 (2014) ·Zbl 1301.90063号
[57] Muts,P.,Nowak,I.,Hendrix,E.M.:凸混合整数非线性规划的基于分解的外近似算法。J.全球优化。,1-22(2020年)·Zbl 1441.90100号
[58] Nagarajan,H.,Lu,M.,Wang,S.,Bent,R.,Sundar,K.:一种用于非凸程序全局优化的自适应多元分区算法。J.全球优化。(2019) ·Zbl 1429.90056号
[59] Nowak,I.、Breitfeld,N.、Hendrix,E.M.、Njacheun-Njanzoua,G.:用于全局优化的基于分解的内外细化算法。J.全球优化。,305-321 (2018) ·Zbl 1417.90122号
[60] Pörn,R。;I·哈尔俊科斯基。;Westerlund,T.,不同类非凸MINLP问题的凸化,计算。化学。工程,23,439-448(1999)
[61] 克萨达,I。;Grossmann,IE,凸MINLP优化问题的基于LP/NLP的分支定界算法,计算。化学。工程师,16,10-111937-947(1992)
[62] 内华达州Sahinidis,BARON:通用全局优化软件包,J.global Optim。,8, 2, 201-205 (1996) ·Zbl 0856.90104号
[63] Schäling,B.:Boost C++库(第二版)。XML出版社(2014)
[64] Schichl,H。;Neumaier,A.,用于全局优化的有向无环图的区间分析,J.global Optim。,33, 4, 541-562 (2005) ·Zbl 1094.65061号
[65] Slater,M.:拉格朗日乘数重温。耶鲁大学考尔斯经济研究基金会,技术报告(1950年)
[66] 苏·L。;Tang,L。;伯纳尔,德国;Grossmann,IE,凸混合整数非线性程序的改进二次切割,计算。化学。工程,10977-95(2018)
[67] 苏·L。;Tang,L。;Grossmann,IE,改进MINLP算法的计算策略,计算。化学。工程师,75,40-48(2015)
[68] Tasseff,B.,Coffrin,C.,Wächter,A.,Laird,C.:探索线性求解器并行性在现代非线性优化应用中的益处(2019年)
[69] Tawarmalani,M。;内华达州萨希尼迪斯,《全局优化的多面体分枝切割方法》,数学。程序。,103, 2, 225-249 (2005) ·Zbl 1099.90047号
[70] Trespalacios,F。;Grossmann,IE,《混合整数非线性和广义析取规划方法综述》,化学。工程技术。,86, 7, 991-1012 (2014)
[71] Vigerske,S。;Gleixner,A.,SCIP:在分支框架中混合整数非线性程序的全局优化,Optim。方法软件。,33, 3, 563-593 (2018) ·兹比尔1398.90112
[72] 瓦希特,A。;Biegler,LT,《关于大规模非线性规划中点内滤波器线性搜索算法的实现》,数学。程序。,106, 1, 25-57 (2006) ·Zbl 1134.90542号
[73] 瓦希特,A。;Biegler,LT,《关于大规模非线性规划中点内滤波器线性搜索算法的实现》,数学。程序。,106, 1, 25-57 (2006) ·Zbl 1134.90542号
[74] 韦斯特伦德,T。;埃罗宁,V-P;Mäkelä,MM,关于使用支持超平面技术求解广义凸MINLP问题,J.Global Optim。,71, 981-1011 (2018) ·兹比尔1397.90286
[75] Westerlund,T.,Lastusilta,T.:AlphaECP GAMS用户手册(2008年)。http://www.gams.com/latest/docs/S_ALPHAECP.html
[76] Westerlund,T.,Lundqvist,K.:Alpha-ECP,基于扩展切割平面方法的交互式MINLP求解器。奥博阿卡德米大学,技术报告(2005年)
[77] 韦斯特伦德,T。;Pettersson,F.,求解凸MINLP问题的扩展割平面方法,计算。化学。工程,19,131-136(1995)
[78] 韦斯特伦德,T。;Pörn,R.,用割平面技术求解伪凸混合积分问题,Optim。工程,3,253-280(2002)·Zbl 1035.90051号
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。