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fmincon でのコード生成の背景

コード生成とは

コード生成とは、MATLAB^® Coder™ を使用した、MATLAB コードから C コードへの変換です。コード生成には、MATLABCoder ライセンスが必要です。

コード生成は通常、MATLAB を実行していないハードウェアにコードを配布するために使用します。たとえば、動きや計画を最適化するために fmincon を使用して、ロボットにコードを配布できます。

例については、fmincon のコード生成を参照してください。他の最適化ソルバーでのコード生成については、fsolve のコード生成、quadprog のコード生成、またはlsqcurvefit または lsqnonlin の用のコード生成を参照してください。

コード生成の要件

• fmincon は、関数 codegen (MATLAB Coder) または MATLAB Coder アプリを使用したコード生成をサポートしています。コードを生成するには MATLAB Coder ライセンスが必要です。

• ターゲット ハードウェアは、標準的な倍精度浮動小数点計算をサポートしていなければなりません。単精度計算や固定小数点計算のコードは生成できません。

• コード生成ターゲットは、MATLAB ソルバーと同じ数学カーネル ライブラリを使用しません。そのため、コード生成解法は、特に、条件付けが不十分な問題の場合に、ソルバー解法と異なる可能性があります。

• 生成用のコードはすべて、MATLAB コードでなければなりません。特に、カスタム ブラックボックス関数を fmincon の目的関数として使用することはできません。coder.ceval を使用して、C または C++ でコード化されたカスタム関数を評価することはできます。ただし、そのカスタム関数は MATLAB 関数内で呼び出さなければなりません。

• コード生成の場合、fmincon は problem 引数をサポートしていません。

  [x,fval] = fmincon(problem) % Not supported

• string や文字名ではなく、関数ハンドルを使用して、目的関数と非線形制約関数を指定しなければなりません。

  x = fmincon(@fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,@nonlcon) % Supported
  % Not supported: fmincon('fun',...) or fmincon("fun",...)

• fmincon の入力行列 (A、Aeq、lb、ub など) はすべてフル (非スパース) でなければなりません。関数 full を使用することで、スパース行列を非スパースに変換できます。

• lb 引数と ub 引数は、x0 引数と同じ数のエントリを持つか、空の [] でなければなりません。

• 組み込みプロセッサを使用する高度なコード最適化には、Embedded Coder^® ライセンスも必要です。

• fmincon のオプションを含め、関数 optimoptions を使用して指定しなければなりません。オプションには Algorithm オプションを含め、'sqp' または 'sqp-legacy' に設定しなければなりません。

  options = optimoptions('fmincon','Algorithm','sqp');
  [x,fval,exitflag] = fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options);

• コード生成では次のオプションをサポートしています。

  • Algorithm — 'sqp' または 'sqp-legacy' でなければなりません

  • ConstraintTolerance

  • FiniteDifferenceStepSize

  • FiniteDifferenceType

  • MaxFunctionEvaluations

  • MaxIterations

  • ObjectiveLimit

  • OptimalityTolerance

  • ScaleProblem

  • SpecifyConstraintGradient

  • SpecifyObjectiveGradient

  • StepTolerance

  • TypicalX

• 生成コードでは、オプションに対して限られたエラー チェックしか行われません。オプションの更新方法として、ドット表記ではなく、optimoptions を使用することを推奨します。

  opts = optimoptions('fmincon','Algorithm','sqp');
  opts = optimoptions(opts,'MaxIterations',1e4); % Recommended
  opts.MaxIterations = 1e4; % Not recommended

• オプションはファイルから読み込まないでください。そうした場合、コード生成に失敗することがあります。代わりに、コード内でオプションを作成してください。

• 通常、サポートされていないオプションを指定すると、コード生成の際にそのオプションは暗黙的に無視されます。ただし、ドット表記を使用してプロット関数や出力関数を指定すると、コード生成でエラーが発生することがあります。信頼性を確保するために、サポートされているオプションのみを指定してください。

• 出力関数とプロット関数はサポートされていないため、fmincon は終了フラグ –1 を返しません。

• fmincon から生成されたコードでは、返された output 構造体内に bestfeasible フィールドがありません。

非マルチスレッドな生成コード

既定では、MATLAB 環境外で使用するために生成されたコードは、非マルチスレッドな線形代数ライブラリを使用します。したがって、このコードの実行速度は、MATLAB 環境のコードよりも著しく低速になる可能性があります。

ターゲット ハードウェアに複数のコアが搭載されている場合、カスタム マルチスレッド LAPACK および BLAS ライブラリを使用することにより、パフォーマンスの向上が期待できます。これらのライブラリを生成コードに組み込むには、生成されたスタンドアロン コードでの LAPACK 呼び出しを使用した線形代数の高速化 (MATLAB Coder)を参照してください。

参考

fmincon | codegen (MATLAB Coder) | optimoptions

関連するトピック

• 最適化のためのコード生成の基本
• fmincon コード生成の静的メモリ割り当て
• リアルタイム アプリケーションの最適化コード生成