Python之CVXOPT模块

  Python中支持Convex Optimization(凸规划)的模块为CVXOPT,其安装方式为:

  1. 卸载原Pyhon中的Numpy
  2. 安装CVXOPT的whl文件,链接为:https://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/
  3. 安装Numpy+mkl的whl文件,链接为:https://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/

之所以选择这种安装方式,是因为Python的whl和pip直接install的不兼容性。

  CVXOPT的官方说明文档网址为:http://cvxopt.org/index.html, 现最新版本为1.1.9,由Martin Andersen, Joachim Dahl 和Lieven Vandenberghe共同开发完成,能够解决线性规划和二次型规划问题,其应用场景如SVM中的Hard Margin SVM.

  CVXOPT使用举例如下:

线性规划问题

例1:

Python程序代码:

import numpy as np
from cvxopt import matrix, solvers

A = matrix([[-1.0, -1.0, 0.0, 1.0], [1.0, -1.0, -1.0, -2.0]])
b = matrix([1.0, -2.0, 0.0, 4.0])
c = matrix([2.0, 1.0])

sol = solvers.lp(c,A,b)

print(sol['x'])
print(np.dot(sol['x'].T, c))
print(sol['primal objective'])

输出结果:

     pcost       dcost       gap    pres   dres   k/t
 0:  2.6471e+00 -7.0588e-01  2e+01  8e-01  2e+00  1e+00
 1:  3.0726e+00  2.8437e+00  1e+00  1e-01  2e-01  3e-01
 2:  2.4891e+00  2.4808e+00  1e-01  1e-02  2e-02  5e-02
 3:  2.4999e+00  2.4998e+00  1e-03  1e-04  2e-04  5e-04
 4:  2.5000e+00  2.5000e+00  1e-05  1e-06  2e-06  5e-06
 5:  2.5000e+00  2.5000e+00  1e-07  1e-08  2e-08  5e-08
Optimal solution found.
{'primal objective': 2.4999999895543072, 's': <4x1 matrix, tc='d'>, 'dual infeasibility': 2.257878974569382e-08, 'primal slack': 2.0388399547464153e-08, 'dual objective': 2.4999999817312535, 'residual as dual infeasibility certificate': None, 'dual slack': 3.529915972607509e-09, 'x': <2x1 matrix, tc='d'>, 'iterations': 5, 'gap': 1.3974945737723005e-07, 'residual as primal infeasibility certificate': None, 'z': <4x1 matrix, tc='d'>, 'y': <0x1 matrix, tc='d'>, 'status': 'optimal', 'primal infeasibility': 1.1368786228004961e-08, 'relative gap': 5.5899783359379607e-08}
[ 5.00e-01]
[ 1.50e+00]

[[ 2.49999999]]

例2

Python程序代码

import numpy as np
from cvxopt import matrix, solvers

A = matrix([[1.0, 0.0, -1.0], [0.0, 1.0, -1.0]])
b = matrix([2.0, 2.0, -2.0])
c = matrix([1.0, 2.0])
d = matrix([-1.0, -2.0])

sol1 = solvers.lp(c,A,b)
min = np.dot(sol1['x'].T, c)
sol2 = solvers.lp(d,A,b)
max = -np.dot(sol2['x'].T, d)

print('min=%s,max=%s'%(min[0][0], max[0][0]))

输出结果:

     pcost       dcost       gap    pres   dres   k/t
 0:  4.0000e+00 -0.0000e+00  4e+00  0e+00  0e+00  1e+00
 1:  2.7942e+00  1.9800e+00  8e-01  9e-17  7e-16  2e-01
 2:  2.0095e+00  1.9875e+00  2e-02  4e-16  2e-16  7e-03
 3:  2.0001e+00  1.9999e+00  2e-04  2e-16  6e-16  7e-05
 4:  2.0000e+00  2.0000e+00  2e-06  6e-17  5e-16  7e-07
 5:  2.0000e+00  2.0000e+00  2e-08  3e-16  7e-16  7e-09
Optimal solution found.
     pcost       dcost       gap    pres   dres   k/t
 0: -4.0000e+00 -8.0000e+00  4e+00  0e+00  1e-16  1e+00
 1: -5.2058e+00 -6.0200e+00  8e-01  1e-16  7e-16  2e-01
 2: -5.9905e+00 -6.0125e+00  2e-02  1e-16  0e+00  7e-03
 3: -5.9999e+00 -6.0001e+00  2e-04  1e-16  2e-16  7e-05
 4: -6.0000e+00 -6.0000e+00  2e-06  1e-16  2e-16  7e-07
Optimal solution found.
min=2.00000000952,max=5.99999904803

二次型规划问题

其中P,q,G,h,A,b为输入矩阵,该问题求解采用QP算法。

例1:

Python程序代码:

from cvxopt import matrix, solvers

Q = 2*matrix([[2, .5], [.5, 1]])
p = matrix([1.0, 1.0])
G = matrix([[-1.0,0.0],[0.0,-1.0]])
h = matrix([0.0,0.0])
A = matrix([1.0, 1.0], (1,2))
b = matrix(1.0)

sol=solvers.qp(Q, p, G, h, A, b)
print(sol['x'])
print(sol['primal objective'])

输出结果:

     pcost       dcost       gap    pres   dres
 0:  1.8889e+00  7.7778e-01  1e+00  2e-16  2e+00
 1:  1.8769e+00  1.8320e+00  4e-02  0e+00  6e-02
 2:  1.8750e+00  1.8739e+00  1e-03  1e-16  5e-04
 3:  1.8750e+00  1.8750e+00  1e-05  6e-17  5e-06
 4:  1.8750e+00  1.8750e+00  1e-07  2e-16  5e-08
Optimal solution found.
[ 2.50e-01]
[ 7.50e-01]

例2:

Python程序代码:

from cvxopt import matrix, solvers

P = matrix([[1.0, 0.0], [0.0, 0.0]])
q = matrix([3.0, 4.0])
G = matrix([[-1.0, 0.0, -1.0, 2.0, 3.0], [0.0, -1.0, -3.0, 5.0, 4.0]])
h = matrix([0.0, 0.0, -15.0, 100.0, 80.0])

sol=solvers.qp(P, q, G, h)
print(sol['x'])
print(sol['primal objective'])

输出结果

     pcost       dcost       gap    pres   dres
 0:  1.0780e+02 -7.6366e+02  9e+02  0e+00  4e+01
 1:  9.3245e+01  9.7637e+00  8e+01  6e-17  3e+00
 2:  6.7311e+01  3.2553e+01  3e+01  6e-17  1e+00
 3:  2.6071e+01  1.5068e+01  1e+01  2e-17  7e-01
 4:  3.7092e+01  2.3152e+01  1e+01  5e-18  4e-01
 5:  2.5352e+01  1.8652e+01  7e+00  7e-17  3e-16
 6:  2.0062e+01  1.9974e+01  9e-02  2e-16  3e-16
 7:  2.0001e+01  2.0000e+01  9e-04  8e-17  5e-16
 8:  2.0000e+01  2.0000e+01  9e-06  1e-16  2e-16
Optimal solution found.
[ 7.13e-07]
[ 5.00e+00]

20.00000617311241
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 194,491评论 5 459
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 81,856评论 2 371
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 141,745评论 0 319
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 52,196评论 1 263
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 61,073评论 4 355
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 46,112评论 1 272
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 36,531评论 3 381
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 35,215评论 0 253
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 39,485评论 1 290
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 34,578评论 2 309
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 36,356评论 1 326
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 32,215评论 3 312
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 37,583评论 3 299
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 28,898评论 0 17
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 30,174评论 1 250
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 41,497评论 2 341
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 40,697评论 2 335

推荐阅读更多精彩内容