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非線形最小二乗のコード生成: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展開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 lsqnonlin を使用して、ロボットにコードを展開できます。

例については、lsqcurvefit または lsqnonlin の用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、fmincon のコード生成、quadprog のコード生成、lsqlin のコード生成、またはfsolve のコード生成を参照してください。

コード生成に関する要件

  • lsqcurvefit と lsqnonlin は、codegen (MATLAB Coder) 関数または 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 lsqcurvefit または lsqnonlin 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。

  • lsqcurvefit および lsqnonlin のコード生成は、現在、線形制約または非線形制約をサポートしていません。

  • lsqcurvefit と lsqnonlin は、コード生成用のproblem 引数をサポートしていません。

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

  • 目的関数は、string や文字の名前ではなく、関数ハンドルを使用して指定しなければなりません。

    x = lsqnonlin(@fun,x0,lb,ub,options) % Supported
% Not supported: lsqnonlin('fun',...) or lsqnonlin("fun",...)

  • すべての入力行列 lb と ub が、密 (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。

  • ターゲット ハードウェアが無限境界をサポートしていない場合は、optim.coder.infbound を使用します。

  • 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。

  • lsqcurvefit または lsqnonlin 用のオプションを含め、それらを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、'levenberg-marquardt' に設定しなければなりません。

    options = optimoptions('lsqnonlin','Algorithm','levenberg-marquardt');
[x,fval,exitflag] = lsqnonlin(fun,x0,lb,ub,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 — 'levenberg-marquardt' でなければなりません

    • FiniteDifferenceStepSize

    • FiniteDifferenceType

    • FunctionTolerance

    • MaxFunctionEvaluations

    • MaxIterations

    • 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('lsqnonlin','Algorithm','levenberg-marquardt');
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、ソルバーは終了フラグ –1 を返しません。

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

| | (MATLAB Coder) | |

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