test/testopt.cpp

   1 #include <stdlib.h>
   2 #include <stdio.h>
   3 #include <math.h>
   4
   5 #include "config.h"
   6
   7 #ifdef HAVE_UNISTD_H
   8 #  include <unistd.h>
   9 #endif
  10 #ifdef HAVE_GETOPT_H
  11 #  include <getopt.h>
  12 #endif
  13 #if TIME_WITH_SYS_TIME
  14 # include <sys/time.h>
  15 # include <time.h>
  16 #else
  17 # if HAVE_SYS_TIME_H
  18 #  include <sys/time.h>
  19 # else
  20 #  include <time.h>
  21 # endif
  22 #endif
  23
  24 #include "nlopt.h"
  25 #include "testfuncs.h"
  26
  27 static double urand(double a, double b)
  28 {
  29   return a + (rand() * (b - a) / RAND_MAX);
  30 }
  31
  32 static nlopt_algorithm algorithm = NLOPT_GLOBAL_DIRECT;
  33 static double ftol_rel = 0, ftol_abs = 0, xtol_rel = 0;
  34 static int maxeval = 1000;
  35 static double maxtime = 0.0;
  36
  37 static int test_function(int ifunc)
  38 {
  39   testfunc func;
  40   int i;
  41   double *x, fmin, f0;
  42
  43   if (ifunc < 0 || ifunc >= NTESTFUNCS) {
  44     fprintf(stderr, "testopt: invalid function %d\n", ifunc);
  45     return 0;
  46   }
  47   func = testfuncs[ifunc];
  48   if (!func.has_gradient && algorithm >= NLOPT_GLOBAL_STOGO) {
  49     fprintf(stderr,
  50             "testopt: A function with gradients is required for %s\n",
  51             nlopt_algorithm_name(algorithm));
  52     return 0;
  53   }
  54   x = (double *) malloc(sizeof(double) * func.n * 2);
  55   if (!x) { fprintf(stderr, "testopt: Out of memory!\n"); return 0; }
  56
  57
  58   printf("-----------------------------------------------------------\n");
  59   printf("Optimizing %s (%d dims) using %s algorithm\n",
  60          func.name, func.n, nlopt_algorithm_name(algorithm));
  61   printf("Starting guess x = [");
  62   for (i = 0; i < func.n; ++i)
  63     printf(" %g", x[i] = urand(func.lb[i], func.ub[i]));
  64   printf("]\n");
  65   f0 = func.f(func.n, x, x + func.n, func.f_data);
  66   printf("Starting function value = %g\n", f0);
  67
  68   if (testfuncs_verbose && func.has_gradient) {
  69     printf("checking gradient:\n");
  70     for (i = 0; i < func.n; ++i) {
  71       double f;
  72       x[i] *= 1 + 1e-6;
  73       f = func.f(func.n, x, NULL, func.f_data);
  74       x[i] /= 1 + 1e-6;
  75       printf("  grad[%d] = %g vs. numerical derivative %g\n",
  76              i, x[i + func.n], (f - f0) / (x[i] * 1e-6));
  77     }
  78   }
  79
  80   testfuncs_counter = 0;
  81   if (nlopt_minimize(algorithm,
  82                      func.n, func.f, func.f_data,
  83                      func.lb, func.ub,
  84                      x, &fmin,
  85                      HUGE_VAL, ftol_rel, ftol_abs, xtol_rel, NULL,
  86                      maxeval, maxtime) < 0) {
  87     fprintf(stderr, "testopt: error in nlopt_minimize\n");
  88     return 0;
  89   }
  90   printf("Found minimum f = %g after %d evaluations.\n",
  91          fmin, testfuncs_counter);
  92   printf("Minimum at x = [");
  93   for (i = 0; i < func.n; ++i) printf(" %g", x[i]);
  94   printf("]\n");
  95   printf("vs. global minimum f = %g at x = [", func.fmin);
  96   for (i = 0; i < func.n; ++i) printf(" %g", func.xmin[i]);
  97   printf("]\n");
  98   printf("|f - fmin| = %g, |f - fmin| / |fmin| = %e\n",
  99          fabs(fmin - func.fmin), fabs(fmin - func.fmin) / fabs(func.fmin));
 100
 101   free(x);
 102   return 1;
 103 }
 104
 105 static void usage(FILE *f)
 106 {
 107   fprintf(f, "Usage: testopt [OPTIONS]\n"
 108           "Options:\n"
 109           "     -h : print this help\n"
 110           "     -v : verbose mode\n"
 111           " -r <s> : use random seed <s> for starting guesses\n"
 112           " -a <n> : use optimization algorithm <n>\n"
 113           " -o <n> : use objective function <n>\n"
 114           " -e <n> : use at most <n> evals (default: %d)\n",
 115           maxeval);
 116 }
 117
 118 int main(int argc, char **argv)
 119 {
 120   int c;
 121
 122   srand((unsigned) time(NULL));
 123   testfuncs_verbose = 0;
 124
 125   while ((c = getopt(argc, argv, "hvra:o:e:")) != -1)
 126     switch (c) {
 127     case 'h':
 128       usage(stdout);
 129       return EXIT_SUCCESS;
 130     case 'v':
 131       testfuncs_verbose = 1;
 132       break;
 133     case 'r':
 134       srand((unsigned) atoi(optarg));
 135       break;
 136     case 'a':
 137       c = atoi(optarg);
 138       if (c < 0 || c >= NLOPT_NUM_ALGORITHMS) {
 139         fprintf(stderr, "testopt: invalid algorithm %d\n", c);
 140         return EXIT_FAILURE;
 141       }
 142       algorithm = (nlopt_algorithm) c;
 143       break;
 144     case 'o':
 145       if (!test_function(atoi(optarg)))
 146         return EXIT_FAILURE;
 147       break;
 148     case 'e':
 149       maxeval = atoi(optarg);
 150       break;
 151     default:
 152       fprintf(stderr, "harminv: invalid argument -%c\n", c);
 153       usage(stderr);
 154       return EXIT_FAILURE;
 155     }
 156
 157   return EXIT_SUCCESS;
 158 }