api/nlopt-in.hpp

   1 /* Copyright (c) 2007-2010 Massachusetts Institute of Technology
   2  *
   3  * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining
   4  * a copy of this software and associated documentation files (the
   5  * "Software"), to deal in the Software without restriction, including
   6  * without limitation the rights to use, copy, modify, merge, publish,
   7  * distribute, sublicense, and/or sell copies of the Software, and to
   8  * permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to
   9  * the following conditions:
  10  *
  11  * The above copyright notice and this permission notice shall be
  12  * included in all copies or substantial portions of the Software.
  13  *
  14  * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND,
  15  * EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF
  16  * MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND
  17  * NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE
  18  * LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION
  19  * OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN CONNECTION
  20  * WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE.
  21  */
  22
  23 // C++ style wrapper around NLopt API
  24 // nlopt.hpp is AUTOMATICALLY GENERATED from nlopt-in.hpp - edit the latter!
  25
  26 #include <nlopt.h>
  27
  28 #include <vector>
  29 #include <stdexcept>
  30 #include <new>
  31
  32 // convenience overloading for below (not in nlopt:: since has nlopt_ prefix)
  33 inline nlopt_result nlopt_get_initial_step(const nlopt_opt opt, double *dx) {
  34       return nlopt_get_initial_step(opt, (const double *) NULL, dx);
  35 }
  36
  37 namespace nlopt {
  38
  39   //////////////////////////////////////////////////////////////////////
  40   // nlopt::* namespace versions of the C enumerated types
  41   //          AUTOMATICALLY GENERATED, DO NOT EDIT
  42   // GEN_ENUMS_HERE
  43   //////////////////////////////////////////////////////////////////////
  44
  45   // virtual base class for objective function and constraints:
  46   class func {
  47   public:
  48     // should return function value, and set grad to gradient
  49     // (x and grad are length n)
  50     virtual double operator()(unsigned n, const double *x, double *grad) = 0;
  51
  52     // should return function value (x is length n)
  53     virtual double operator()(unsigned n, const double *x) = 0;
  54   };
  55
  56   // (Note: it is inefficient to use std::vector<double> for the arguments,
  57   //  since that would require a copy to be made of NLopt's double* data.)
  58
  59   //////////////////////////////////////////////////////////////////////
  60
  61   class opt {
  62   private:
  63     nlopt_opt o;
  64
  65     void mythrow(nlopt_result ret) const {
  66       switch (ret) {
  67       case NLOPT_FAILURE: throw std::runtime_error("nlopt failure");
  68       case NLOPT_OUT_OF_MEMORY: throw std::bad_alloc();
  69       case NLOPT_INVALID_ARGS: throw std::invalid_argument("nlopt");
  70       case NLOPT_ROUNDOFF_LIMITED: throw std::runtime_error("nlopt roundoff");
  71       default: break;
  72       }
  73     }
  74
  75     // nlopt_func wrapper around C++ "functional"
  76     static double myfunc(unsigned n, const double *x, double *grad, void *f_) {
  77       func *f = reinterpret_cast<func*>(f_);
  78       return grad ? (*f)(n, x, grad) : (*f)(n, x);
  79     }
  80
  81   public:
  82     // Constructors etc.
  83     opt() : o(NULL) {}
  84     opt(nlopt_algorithm a, unsigned n) : o(nlopt_create(a, n)) {
  85       if (!o) throw std::bad_alloc();
  86     }
  87     opt(algorithm a, unsigned n) : o(nlopt_create(nlopt_algorithm(a), n)) {
  88       if (!o) throw std::bad_alloc();
  89     }
  90     opt(const nlopt_opt o0) : o(nlopt_copy(o0)) {
  91       if (o0 && !o) throw std::bad_alloc();
  92     }
  93     ~opt() { nlopt_destroy(o); }
  94     opt(const opt& from) : o(nlopt_copy(from.o)) {
  95       if (from.o && !o) throw std::bad_alloc();
  96     }
  97     opt& operator=(opt const& f) {
  98       if (this == &f) return *this; // self-assignment
  99       nlopt_destroy(o);
 100       o = nlopt_copy(f.o);
 101       if (f.o && !o) throw std::bad_alloc();
 102       return *this;
 103     }
 104
 105     // Do the optimization:
 106     result optimize(double *x, double &opt_f) {
 107       nlopt_result ret = nlopt_optimize(o, x, &opt_f);
 108       mythrow(ret);
 109       return result(ret);
 110     }
 111     result optimize(std::vector<double> &x, double &opt_f) {
 112       return optimize(x.empty() ? NULL : &x[0], opt_f);
 113     }
 114
 115     // accessors:
 116     algorithm get_algorithm() const {
 117       if (!o) throw std::runtime_error("uninitialized nlopt::opt");
 118       return algorithm(nlopt_get_algorithm(o));
 119     }
 120     unsigned get_dimension() const {
 121       if (!o) throw std::runtime_error("uninitialized nlopt::opt");
 122       return nlopt_get_dimension(o);
 123     }
 124
 125     // Set the objective function
 126     void set_min_objective(nlopt_func f, void *f_data) {
 127       nlopt_result ret = nlopt_set_min_objective(o, f, f_data);
 128       mythrow(ret);
 129     }
 130     void set_min_objective(func *f) {
 131       set_min_objective(myfunc, f);
 132     }
 133     void set_max_objective(nlopt_func f, void *f_data) {
 134       nlopt_result ret = nlopt_set_max_objective(o, f, f_data);
 135       mythrow(ret);
 136     }
 137     void set_max_objective(func *f) {
 138       set_max_objective(myfunc, f);
 139     }
 140
 141     // Nonlinear constraints:
 142
 143     void remove_inequality_constraints(void) {
 144       nlopt_result ret = nlopt_remove_inequality_constraints(o);
 145       mythrow(ret);
 146     }
 147     void add_inequality_constraint(nlopt_func f, void *f_data, double tol=0) {
 148       nlopt_result ret = nlopt_add_inequality_constraint(o, f, f_data, tol);
 149       mythrow(ret);
 150     }
 151     void add_inequality_constraint(func *f, double tol=0) {
 152       add_inequality_constraint(myfunc, f, tol);
 153     }
 154
 155     void remove_equality_constraints(void) {
 156       nlopt_result ret = nlopt_remove_equality_constraints(o);
 157       mythrow(ret);
 158     }
 159     void add_equality_constraint(nlopt_func f, void *f_data, double tol=0) {
 160       nlopt_result ret = nlopt_add_equality_constraint(o, f, f_data, tol);
 161       mythrow(ret);
 162     }
 163     void add_equality_constraint(func *f, double tol=0) {
 164       add_equality_constraint(myfunc, f, tol);
 165     }
 166
 167 #define NLOPT_GETSET_VEC(name)                                          \
 168     void get_##name(double *v) const {                                  \
 169       nlopt_result ret = nlopt_get_##name(o, v);                        \
 170       mythrow(ret);                                                     \
 171     }                                                                   \
 172     void set_##name(const double *v) {                                  \
 173       nlopt_result ret = nlopt_set_##name(o, v);                        \
 174       mythrow(ret);                                                     \
 175     }                                                                   \
 176     void set_##name(double val) {                                       \
 177       nlopt_result ret = nlopt_set_##name##1(o, val);                   \
 178       mythrow(ret);                                                     \
 179     }                                                                   \
 180     void get_##name(std::vector<double> &v) const {                     \
 181       if (o && nlopt_get_dimension(o) != v.size())                      \
 182         throw std::invalid_argument("dimension mismatch");              \
 183       get_##name(v.empty() ? NULL : &v[0]);                             \
 184     }                                                                   \
 185     std::vector<double> get_##name(void) const {                        \
 186       if (!o) throw std::runtime_error("uninitialized nlopt::opt");     \
 187       std::vector<double> v(nlopt_get_dimension(o));                    \
 188       get_##name(v);                                                    \
 189       return v;                                                         \
 190     }                                                                   \
 191     void set_##name(const std::vector<double> &v) {                     \
 192       if (o && nlopt_get_dimension(o) != v.size())                      \
 193         throw std::invalid_argument("dimension mismatch");              \
 194       set_##name(v.empty() ? NULL : &v[0]);                             \
 195     }
 196
 197     NLOPT_GETSET_VEC(lower_bounds)
 198     NLOPT_GETSET_VEC(upper_bounds)
 199
 200     // stopping criteria:
 201
 202 #define NLOPT_GETSET(T, name)                                           \
 203     T get_##name() const {                                              \
 204       if (!o) throw std::runtime_error("uninitialized nlopt::opt");     \
 205       return nlopt_get_##name(o);                                       \
 206     }                                                                   \
 207     void set_##name(T name) {                                           \
 208       nlopt_result ret = nlopt_set_##name(o, name);                     \
 209       mythrow(ret);                                                     \
 210     }
 211     NLOPT_GETSET(double, stopval)
 212     NLOPT_GETSET(double, ftol_rel)
 213     NLOPT_GETSET(double, ftol_abs)
 214     NLOPT_GETSET(double, xtol_rel)
 215     NLOPT_GETSET_VEC(xtol_abs)
 216     NLOPT_GETSET(int, maxeval)
 217     NLOPT_GETSET(double, maxtime)
 218
 219     // algorithm-specific parameters:
 220
 221     void set_local_optimizer(const nlopt_opt lo) {
 222       nlopt_result ret = nlopt_set_local_optimizer(o, lo);
 223       mythrow(ret);
 224     }
 225     void set_local_optimizer(const opt &lo) {
 226       set_local_optimizer(lo.o);
 227     }
 228
 229     NLOPT_GETSET(unsigned, population)
 230     NLOPT_GETSET_VEC(initial_step)
 231
 232     void set_default_initial_step(const double *x) {
 233       nlopt_result ret = nlopt_set_default_initial_step(o, x);
 234       mythrow(ret);
 235     }
 236     void set_default_initial_step(const std::vector<double> &x) {
 237       set_default_initial_step(x.empty() ? NULL : &x[0]);
 238     }
 239     void get_initial_step(const double *x, double *dx) const {
 240       nlopt_result ret = nlopt_get_initial_step(o, x, dx);
 241       mythrow(ret);
 242     }
 243     void get_initial_step(const std::vector<double> &x, std::vector<double> &dx) const {
 244       if (o && (nlopt_get_dimension(o) != x.size()
 245                 || nlopt_get_dimension(o) != dx.size()))
 246         throw std::invalid_argument("dimension mismatch");
 247       get_initial_step(x.empty() ? NULL : &x[0],
 248                        dx.empty() ? NULL : &dx[0]);
 249     }
 250     std::vector<double> get_initial_step(const std::vector<double> &x) const {
 251       if (!o) throw std::runtime_error("uninitialized nlopt::opt");
 252       std::vector<double> v(nlopt_get_dimension(o));
 253       get_initial_step(x, v);
 254       return v;
 255     }
 256   };
 257
 258 #undef NLOPT_GETSET
 259 #undef NLOPT_GETSET_VEC
 260
 261   //////////////////////////////////////////////////////////////////////
 262
 263 } // namespace nlopt