api/nlopt.h

   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 #ifndef NLOPT_H
  24 #define NLOPT_H
  25
  26 #include <stddef.h> /* for ptrdiff_t */
  27
  28 /* use stdcall convention under Windows, since this seems to
  29    be more standard there and is important for calling from .NET */
  30 #if defined(_WIN32) || defined(__WIN32__)
  31 #  if defined(__GNUC__)
  32 #    define NLOPT_STDCALL __attribute__((stdcall))
  33 #  elif defined(_MSC_VER) || defined(_ICC) || defined(_STDCALL_SUPPORTED)
  34 #    define NLOPT_STDCALL __stdcall
  35 #  else
  36 #    define NLOPT_STDCALL
  37 #  endif
  38 #else
  39 #  define NLOPT_STDCALL
  40 #endif
  41
  42 /* for Windows compilers, you should add a line
  43            #define NLOPT_DLL
  44    when using NLopt from a DLL, in order to do the proper
  45    Windows importing nonsense. */
  46 #if defined(NLOPT_DLL) && (defined(_WIN32) || defined(__WIN32__))
  47 /* annoying Windows syntax for calling functions in a DLL */
  48 #  define NLOPT_EXTERN extern __declspec(dllimport) NLOPT_STDCALL
  49 #else
  50 #  define NLOPT_EXTERN extern NLOPT_STDCALL
  51 #endif
  52
  53 #ifdef __cplusplus
  54 extern "C"
  55 {
  56 #endif /* __cplusplus */
  57
  58 typedef double (*nlopt_func)(unsigned n, const double *x,
  59                              double *gradient, /* NULL if not needed */
  60                              void *func_data);
  61
  62 typedef enum {
  63      /* Naming conventions:
  64
  65         NLOPT_{G/L}{D/N}_*
  66             = global/local derivative/no-derivative optimization,
  67               respectively
  68
  69         *_RAND algorithms involve some randomization.
  70
  71         *_NOSCAL algorithms are *not* scaled to a unit hypercube
  72                  (i.e. they are sensitive to the units of x)
  73         */
  74
  75      NLOPT_GN_DIRECT = 0,
  76      NLOPT_GN_DIRECT_L,
  77      NLOPT_GN_DIRECT_L_RAND,
  78      NLOPT_GN_DIRECT_NOSCAL,
  79      NLOPT_GN_DIRECT_L_NOSCAL,
  80      NLOPT_GN_DIRECT_L_RAND_NOSCAL,
  81
  82      NLOPT_GN_ORIG_DIRECT,
  83      NLOPT_GN_ORIG_DIRECT_L,
  84
  85      NLOPT_GD_STOGO,
  86      NLOPT_GD_STOGO_RAND,
  87
  88      NLOPT_LD_LBFGS_NOCEDAL,
  89
  90      NLOPT_LD_LBFGS,
  91
  92      NLOPT_LN_PRAXIS,
  93
  94      NLOPT_LD_VAR1,
  95      NLOPT_LD_VAR2,
  96
  97      NLOPT_LD_TNEWTON,
  98      NLOPT_LD_TNEWTON_RESTART,
  99      NLOPT_LD_TNEWTON_PRECOND,
 100      NLOPT_LD_TNEWTON_PRECOND_RESTART,
 101
 102      NLOPT_GN_CRS2_LM,
 103
 104      NLOPT_GN_MLSL,
 105      NLOPT_GD_MLSL,
 106      NLOPT_GN_MLSL_LDS,
 107      NLOPT_GD_MLSL_LDS,
 108
 109      NLOPT_LD_MMA,
 110
 111      NLOPT_LN_COBYLA,
 112
 113      NLOPT_LN_NEWUOA,
 114      NLOPT_LN_NEWUOA_BOUND,
 115
 116      NLOPT_LN_NELDERMEAD,
 117      NLOPT_LN_SBPLX,
 118
 119      NLOPT_LN_AUGLAG,
 120      NLOPT_LD_AUGLAG,
 121      NLOPT_LN_AUGLAG_EQ,
 122      NLOPT_LD_AUGLAG_EQ,
 123
 124      NLOPT_LN_BOBYQA,
 125
 126      NLOPT_GN_ISRES,
 127
 128      NLOPT_NUM_ALGORITHMS /* not an algorithm, just the number of them */
 129 } nlopt_algorithm;
 130
 131 extern const char *nlopt_algorithm_name(nlopt_algorithm a);
 132
 133 typedef enum {
 134      NLOPT_FAILURE = -1, /* generic failure code */
 135      NLOPT_INVALID_ARGS = -2,
 136      NLOPT_OUT_OF_MEMORY = -3,
 137      NLOPT_ROUNDOFF_LIMITED = -4,
 138      NLOPT_STOPVAL_REACHED = 2,
 139      NLOPT_SUCCESS = 1, /* generic success code */
 140      NLOPT_MINF_MAX_REACHED = 2,
 141      NLOPT_FTOL_REACHED = 3,
 142      NLOPT_XTOL_REACHED = 4,
 143      NLOPT_MAXEVAL_REACHED = 5,
 144      NLOPT_MAXTIME_REACHED = 6
 145 } nlopt_result;
 146
 147 #define NLOPT_MINF_MAX_REACHED NLOPT_STOPVAL_REACHED
 148
 149 NLOPT_EXTERN void nlopt_srand(unsigned long seed);
 150 NLOPT_EXTERN void nlopt_srand_time(void);
 151
 152 NLOPT_EXTERN void nlopt_version(int *major, int *minor, int *bugfix);
 153
 154 /*************************** OBJECT-ORIENTED API **************************/
 155 /* The style here is that we create an nlopt_opt "object" (an opaque pointer),
 156    then set various optimization parameters, and then execute the
 157    algorithm.  In this way, we can add more and more optimization parameters
 158    (including algorithm-specific ones) without breaking backwards
 159    compatibility, having functions with zillions of parameters, or
 160    relying non-reentrantly on global variables.*/
 161
 162 struct nlopt_opt_s; /* opaque structure, defined internally */
 163 typedef struct nlopt_opt_s *nlopt_opt;
 164
 165 /* the only immutable parameters of an optimization are the algorithm and
 166    the dimension n of the problem, since changing either of these could
 167    have side-effects on lots of other parameters */
 168 NLOPT_EXTERN nlopt_opt nlopt_create(nlopt_algorithm algorithm, unsigned n);
 169 NLOPT_EXTERN void nlopt_destroy(nlopt_opt opt);
 170 NLOPT_EXTERN nlopt_opt nlopt_copy(const nlopt_opt opt);
 171
 172 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_optimize(nlopt_opt opt, double *x,
 173                                          double *opt_f);
 174
 175 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_min_objective(nlopt_opt opt, nlopt_func f,
 176                                                   void *f_data);
 177 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_max_objective(nlopt_opt opt, nlopt_func f,
 178                                                   void *f_data);
 179
 180 NLOPT_EXTERN nlopt_algorithm nlopt_get_algorithm(const nlopt_opt opt);
 181 NLOPT_EXTERN unsigned nlopt_get_dimension(const nlopt_opt opt);
 182
 183 /* constraints: */
 184
 185 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_lower_bounds(nlopt_opt opt,
 186                                                  const double *lb);
 187 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_lower_bounds1(nlopt_opt opt, double lb);
 188 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_get_lower_bounds(const nlopt_opt opt,
 189                                                  double *lb);
 190 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_upper_bounds(nlopt_opt opt,
 191                                                  const double *ub);
 192 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_upper_bounds1(nlopt_opt opt, double ub);
 193 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_get_upper_bounds(const nlopt_opt opt,
 194                                                  double *ub);
 195
 196 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_remove_inequality_constraints(nlopt_opt opt);
 197 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_add_inequality_constraint(nlopt_opt opt,
 198                                                           nlopt_func fc,
 199                                                           void *fc_data,
 200                                                           double tol);
 201
 202 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_remove_equality_constraints(nlopt_opt opt);
 203 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_add_equality_constraint(nlopt_opt opt,
 204                                                         nlopt_func h,
 205                                                         void *h_data,
 206                                                         double tol);
 207
 208 /* stopping criteria: */
 209
 210 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_stopval(nlopt_opt opt, double stopval);
 211 NLOPT_EXTERN double nlopt_get_stopval(const nlopt_opt opt);
 212
 213 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_ftol_rel(nlopt_opt opt, double tol);
 214 NLOPT_EXTERN double nlopt_get_ftol_rel(const nlopt_opt opt);
 215 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_ftol_abs(nlopt_opt opt, double tol);
 216 NLOPT_EXTERN double nlopt_get_ftol_abs(const nlopt_opt opt);
 217
 218 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_xtol_rel(nlopt_opt opt, double tol);
 219 NLOPT_EXTERN double nlopt_get_xtol_rel(const nlopt_opt opt);
 220 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_xtol_abs1(nlopt_opt opt, double tol);
 221 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_xtol_abs(nlopt_opt opt, const double *tol);
 222 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_get_xtol_abs(const nlopt_opt opt,
 223                                              double *tol);
 224
 225 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_maxeval(nlopt_opt opt, int maxeval);
 226 NLOPT_EXTERN int nlopt_get_maxeval(nlopt_opt opt);
 227
 228 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_maxtime(nlopt_opt opt, double maxtime);
 229 NLOPT_EXTERN double nlopt_get_maxtime(nlopt_opt opt);
 230
 231 /* more algorithm-specific parameters */
 232
 233 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_local_optimizer(nlopt_opt opt,
 234                                                     const nlopt_opt local_opt);
 235
 236 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_population(nlopt_opt opt, unsigned pop);
 237 NLOPT_EXTERN unsigned nlopt_get_population(const nlopt_opt opt);
 238
 239 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_default_initial_step(nlopt_opt opt,
 240                                                          const double *x);
 241 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_initial_step(nlopt_opt opt,
 242                                                  const double *dx);
 243 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_set_initial_step1(nlopt_opt opt, double dx);
 244 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_get_initial_step(const nlopt_opt opt,
 245                                                  const double *x, double *dx);
 246
 247 /*************************** DEPRECATED API **************************/
 248 /* The new "object-oriented" API is preferred, since it allows us to
 249    gracefully add new features and algorithm-specific options in a
 250    re-entrant way, and we can automatically assume reasonable defaults
 251    for unspecified parameters. */
 252
 253 /* Where possible (e.g. for gcc >= 3.1), enable a compiler warning
 254    for code that uses a deprecated function */
 255 #if defined(__GNUC__) && (__GNUC__ > 3 || (__GNUC__==3 && __GNUC_MINOR__ > 0))
 256 #  define NLOPT_DEPRECATED __attribute__((deprecated))
 257 #else
 258 #  define NLOPT_DEPRECATED
 259 #endif
 260
 261 typedef double (*nlopt_func_old)(int n, const double *x,
 262                                  double *gradient, /* NULL if not needed */
 263                                  void *func_data);
 264
 265 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_minimize(
 266      nlopt_algorithm algorithm,
 267      int n, nlopt_func_old f, void *f_data,
 268      const double *lb, const double *ub, /* bounds */
 269      double *x, /* in: initial guess, out: minimizer */
 270      double *minf, /* out: minimum */
 271      double minf_max, double ftol_rel, double ftol_abs,
 272      double xtol_rel, const double *xtol_abs,
 273      int maxeval, double maxtime) NLOPT_DEPRECATED;
 274
 275 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_minimize_constrained(
 276      nlopt_algorithm algorithm,
 277      int n, nlopt_func_old f, void *f_data,
 278      int m, nlopt_func_old fc, void *fc_data, ptrdiff_t fc_datum_size,
 279      const double *lb, const double *ub, /* bounds */
 280      double *x, /* in: initial guess, out: minimizer */
 281      double *minf, /* out: minimum */
 282      double minf_max, double ftol_rel, double ftol_abs,
 283      double xtol_rel, const double *xtol_abs,
 284      int maxeval, double maxtime) NLOPT_DEPRECATED;
 285
 286 NLOPT_EXTERN nlopt_result nlopt_minimize_econstrained(
 287      nlopt_algorithm algorithm,
 288      int n, nlopt_func_old f, void *f_data,
 289      int m, nlopt_func_old fc, void *fc_data, ptrdiff_t fc_datum_size,
 290      int p, nlopt_func_old h, void *h_data, ptrdiff_t h_datum_size,
 291      const double *lb, const double *ub, /* bounds */
 292      double *x, /* in: initial guess, out: minimizer */
 293      double *minf, /* out: minimum */
 294      double minf_max, double ftol_rel, double ftol_abs,
 295      double xtol_rel, const double *xtol_abs,
 296      double htol_rel, double htol_abs,
 297      int maxeval, double maxtime) NLOPT_DEPRECATED;
 298
 299 NLOPT_EXTERN void nlopt_get_local_search_algorithm(nlopt_algorithm *deriv,
 300                                              nlopt_algorithm *nonderiv,
 301                                              int *maxeval) NLOPT_DEPRECATED;
 302 NLOPT_EXTERN void nlopt_set_local_search_algorithm(nlopt_algorithm deriv,
 303                                              nlopt_algorithm nonderiv,
 304                                              int maxeval) NLOPT_DEPRECATED;
 305
 306 NLOPT_EXTERN int nlopt_get_stochastic_population(void) NLOPT_DEPRECATED;
 307 NLOPT_EXTERN void nlopt_set_stochastic_population(int pop) NLOPT_DEPRECATED;
 308
 309 /*********************************************************************/
 310
 311 #ifdef __cplusplus
 312 }  /* extern "C" */
 313 #endif /* __cplusplus */
 314
 315 #endif