Apache Commons优化问题

Question

Apache Commons优化问题

javaoptimizationmultidimensional-arraynonlinear-optimization

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我正在尝试使用Apache Commons提供的Java优化库解决一个受限的非线性267维优化问题。

经过3天的解码，这是我得到的结果：

public class optimize2 {

public static void main(String []args){

    double[] point = {1.,2.};
    double[] cost = {3., 2.};
    MultivariateFunction function = new MultivariateFunction() {
            public double value(double[] point) {
                    double x = point[0];
                    double y = point[1];
                    return x * y;
            }
    };


    MultivariateOptimizer optimize = new BOBYQAOptimizer(5);
    optimize.optimize(
            new MaxEval(200),
            GoalType.MAXIMIZE,
            new InitialGuess(point),
            new ObjectiveFunction(function),
            new LinearConstraint(cost, Relationship.EQ, 30));
}

由于某种原因，optimize.optimize() 抛出了一个空指针错误。也许我只是太蠢了，但我无法弄清楚如何使其工作。

以下是错误信息：

线程 "main" 中的异常 java.lang.NullPointerException 在 org.apache.commons.math3.optim.nonlinear.scalar.noderiv.BOBYQAOptimizer.setup(BOBYQAOptimizer.java:2401) 在 org.apache.commons.math3.optim.nonlinear.scalar.noderiv.BOBYQAOptimizer.doOptimize(BOBYQAOptimizer.java:236) 在 org.apache.commons.math3.optim.nonlinear.scalar.noderiv.BOBYQAOptimizer.doOptimize(BOBYQAOptimizer.java:49) 在 org.apache.commons.math3.optim.BaseOptimizer.optimize(BaseOptimizer.java:143) 在 org.apache.commons.math3.optim.BaseMultivariateOptimizer.optimize(BaseMultivariateOptimizer.java:66) 在 org.apache.commons.math3.optim.nonlinear.scalar.MultivariateOptimizer.optimize(MultivariateOptimizer.java:64) 在 Test.Code.optimize2.main(optimize2.java:39)

- Kammeot

请发布完整的错误消息，包括堆栈跟踪。 - jlordo

BOBYQA算法不支持线性或非线性约束，只支持变量边界。我不是100%确定，但实际上我认为Apache Commons Math中的任何非线性优化算法都无法处理除变量边界之外的约束。Powell的COBYLA2算法确实支持任意约束。我已将原始实现的Fortran代码转换为Java，您可以在这里和这里找到它。 - Anders Gustafsson

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Anders Gustafsson · Accepted Answer

直接查看BOBYQA代码，实际上似乎问题是您没有明确定义任何变量边界。第2401行(setup方法)的内容如下:

boundDifference[i] = upperBound[i] - lowerBound[i];

在doOptimize方法中，在调用setup之前，使用以下方法设置边界：

final double[] lowerBound = getLowerBound();
final double[] upperBound = getUpperBound();

这些方法在BaseMultivariateOptimizer中定义，格式如下：

public double[] getLowerBound() {
    return lowerBound == null ? null : lowerBound.clone();
}

（对于getUpperBound()同样适用）。但在BaseMultivariateOptimizer中，只有当调用optimize时的优化数据包含边界信息时，lowerBound和upperBound才会被设置。如果在调用optimize时未设置边界，则您应该收到一个NullPointerException。

通过查看BOBYQA测试代码，似乎只需要将以下参数添加到optimize调用中即可：

SimpleBounds.unbounded(point.length)

话虽如此，我认为您无法完全使用Apache Commons Math中的任何非线性优化器来解决问题，因为据我所知，这些优化器都无法处理线性或非线性约束。我建议您看一下Michael Powell的COBYLA2算法。我已经将该算法的原始FORTRAN代码迁移到了Java，并且您可以在这里和这里找到代码。