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CPLEX求解器入门案例

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CPLEX求解器入门案例

CPLEX求解器入门案例

官方中文JAVA手册:https://www.ibm.com/docs/zh/icos/12.9.0?topic=application-structure

cplex是IBM开发的一款线性规划问题的求解器。

一、适用范围

cplex适用于求解的问题类型:

CPLEX的适用范围:
     1.适用于一般的线性规划(LP)问题.
     2.CPLEX 还可对 LP 的多个扩展求解:
         2.1.网络流问题,是 LP 的一种特殊情况,CPLEX 可以通过利用问题结构以快得多的速度对其求解。
         2.2.二次规划 (QP) 问题,其中 LP 目标函数扩展为包括二次项。
         2.3.二次约束规划 (QCP) 问题,在约束中包括二次项。 实际上,CPLEX 可对二阶锥规划 (SOCP) 问题求解。
         2.4.混合整数规划 (MIP) 问题,其中任意或所有 LP、QP 或 QCP 变量都进一步限制为采用最优解法中的整数值,并且 MIP 自身扩展为包括诸如特殊有序集合 (SOS) 和半连续变量之类的构造。
二、求解步骤
  1. 创建(IloCplex)
  2. 构建变量(IloNumVar)
  3. 构建表达式(IloNumExpr、IloLinearNumExpr)
  4. 构建目标函数(IloObjective)
  5. 构建约束条件(IloRange)
  6. 求解
  7. 获得求解的结果精确信息
三、编码测试
package com.wuxiaolong.cplex;

import ilog.concert.*;
import ilog.cplex.IloCplex;

public class Test1 {

    public static void main(String[] args) throws Exception{

        try{
            
            // 1.创建模型
            
            IloCplex model = new IloCplex();


            

            // 2.IlonumVar 构建变量
            // 以下说明如何创建三个连续变量(全部具有界限 0 和 100):
            IloNumVar[] x = model.numVarArray(3, 0.0, 100.0);

            // 3.IlonumExpr 构建表达式
            // 建模变量构建类型为 IlonumExpr 的表达式,以供在优化模型的约束或目标函数中使用。 例如,表达式: x[0] + 2*x[1] + 3*x[2]
            IloNumExpr expr1 = model.sum( // 求表达式的和
                    x[0],
                    model.prod(2.0, x[1]),  // 求表达式的积
                    model.prod(3.0, x[2])
            );

//            // 3.IloLinearNumExpr 构建表达式
//            // 创建表示同一表达式的对象的另一种方法是使用表达式 IloLinearNumExpr。优点在于可以更轻松在循环中构建线性表达式。
//            // 接口 IloLinearNumExpr 是 IlonumExpr 的扩展,因此可在能够使用表达式的任意位置进行使用。
//            IloLinearNumExpr expr2 = model.linearNumExpr();
//            expr2.addTerm(1.0, x[0]);
//            expr2.addTerm(2.0, x[1]);
//            expr2.addTerm(3.0, x[2]);


            // 4.构建目标函数
            // 在其求解的模型中使用该目标  model.addMaximize()  model.addMinimize()
            // 创建和添加目标有一种快捷表示法:
            IloNumExpr object = expr1;
            IloObjective iloObjective = model.addMaximize(object);

            // 5.构建约束条件
            // 向模型中添加约束 例如,约束: -x[0] + x[1] + x[2] <= 20.0
            IloRange iloRange = model.addLe(model.sum(model.negative(x[0]), x[1], x[2]), 20);

            //同样,为添加其他约束类型(包括等同性约束、大于或等于约束和范围约束)提供了许多方法。
            // 在内部,它们全部表示为具有相应界限选项的 具有相应界限选择的 IloRange 对象,因此所有这些方法才会返回 IloRange 对象。
            // 另请注意,可能已通过许多不同方式创建先前表达式,包括使用 IloLinearNumExpr。


            // 6.求解
            // 该方法返回布尔值以指示优化是否成功找到解法。 如果未找到解法,那么会返回 false。
            // 如果返回 true,那么表明 CPLEX 找到可行解法,尽管其未必是最优解法。
            // 可以从 getStatus 方法获取有关上次调用 solve 方法的结果的更精确信息。
            boolean solve = model.solve();

            // 7.获得求解的结果精确信息
            // 返回值告诉您 CPLEX 找到的有关模型的信息:它找到最优解法还是仅找到可行解法;
            // 它证明模型无边界还是不可行;或者此时是否尚未证明任何内容。
            // 通过 getCplexStatus 方法可获取有关终止优化器调用的甚至更详细的信息,参考https://www.ibm.com/docs/en/icos/12.9.0?topic=c-ilocplexstatus。
            if(solve){
                model.output().println("解的状态: " + model.getStatus());
                model.output().println("目标函数值: " + model.getObjValue());
                // 对应的未知变量的值
                double[] xVal = model.getValues(x);
                String msg = "";
                for( double t : xVal){
                    msg = msg + t + "    ";
                }
                model.output().println("决策变量取值(按顺序): " + msg);

            }else {
                model.output().println("未找到解法");
            }


            // 8.关闭求解器
            // 一定要关闭求解器,否则会内存泄漏
            model.end();

        }catch (IloException e){
            // 捕获Cplex定义的异常
            System.out.println("模型出错了"+e.getMessage());
        }catch (Exception e){
            // 系统未知异常
            System.out.println("未知异常"+e.getMessage());
        }

    }
}
四、运行结果

五、官方案例

安装完成cplex后,在安装目录里有很多案例可以看。

JAVA参考案例:

https://www.ibm.com/docs/zh/icos/12.9.0?topic=cplex-java-examples

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