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国内目前运筹学求解器和国外求解器差距有多大?
时间: 2024-05-26浏览次数:
国内目前有两家运筹优化求解器一个是LEAVES优化求解器,一个是中科院的CMIP,请问国内求解器和国外的CPLEX,Gurobi有多大的差距。LEAVES优化求解器LEAVES优化求解器是上海财经大学并行优化国际合作实验室与杉数科技共同牵头建设的一

国内目前有两家运筹优化求解器 一个是LEAVES优化求解器,一个是中科院的CMIP,请问国内求解器和国外的CPLEX,Gurobi有多大的差距。

  1. LEAVES优化求解器

LEAVES优化求解器是上海财经大学并行优化国际合作实验室与杉数科技共同牵头建设的一个运筹学与人工智能基础算法平台。目前的功能分为三大模块,即传统运筹学的根基数学规划大规模机器学习算法的高效实现运筹学的实际应用。其中数学规划求解器的部分,是第一个成规模的华人运筹学优化算法求解器。

LEAVES求解器可以解决Linear Programming(线性规划)、Semi-Definite Programming(半正定规划)、Geometric Programming(几何规划)、Linearly Constrained Convex Programming(线性约束的凸规划)等常见的大规模优化算法求解问题,对其中多个经典模型的求解,可以达到世界第一流的效率与速度。技术人员可以从LEAVES平台上免费下载各个求解器,按照自身需求进行调整与使用。

LEAVES本身也可以看作是任何与运筹学建模、优化算法相关的软件展示平台。其中的重头戏,包括了由杉数科技牵头的机器学习算法求解器LEMO。LEMO采用了一系列国际最前沿的大规模凸优化与非凸优化技巧,目前对多个机器学习经典模型在单机上的求解速度已位居世界领先行列。

2.中科院CMIP混合整数规划求解器

著名陈省身数学奖获得者、冯康科学计算奖获得者、中国科学院数学与系统科学院戴彧虹研究员带领CMIP团队从2015年开始,历经30个月,终于自主研发了我国第一个具有国际水平的整数规划求解器CMIP,并于2018年3月确定版本为CMIP 1.0版本。

CMIP代码总量已经超过五万行,涵盖国际现有求解器预处理启发式割平面分支节点选择区域传播等各种功能模块,并已经较好地具备了求解大规模整数规划的能力。例如对于MIPLIB2010测试库中具有164547个变量、328818个约束的例子MAP18,CMIP仅需847秒可求得全局最优解。

目前国内求解器无论是从求解时间、所支持求解的模型还是所支持的语言上来看,都与国外求解器有一定的差距。因为LEAVES和CMIP都还处于测试阶段,这两种求解器目前大体框架都已经搭建得差不多,但是如果要求解某一具体的实际问题,它们的求解效果还得需要经过时间的检验。

目前,仅有少数几个发达国家拥有自己的整数规划求解器,如美国有GUROBI、CPLEX、SAS、MATLAB、CBC、SYMPHONY,德国有SCIP,俄罗斯有MIPCL和GLPK,英国有XPRESS(后被美国FICO公司收购),芬兰有LPSOLVE。

中国在2018年也终于发布了“国产”求解器,虽然处在起步阶段,但已经实现了从0到1的突破。

就像杉树科技葛冬冬教授所说的那样:跟最好的开源SCIP掰掰腕子是很有希望的。

更多优化求解器相关,参见:

留德华叫兽:【学界】运筹学数学规划|离散优化求解器大搜罗

国内应该没有商业的优化求解器吧。国外的商业优化求解器(例如cplex,gurobi)和开源的优化求解器(例如Coin-OR,SCIP)等差距也十分的巨大,性能可能差距10倍。

所以国内的开源优化求解器和国外的商业求解器差距还是十分巨大的。和国外的开源求解器如同楼上说的,还是有机会比一比的。

简单说,差距很大。

目前国内的求解器刚刚起步,主要还是模仿(借鉴)开源求解器SCIP。毕竟zib的SCIP是开源的,也是资料最丰富的。不管是国内哪家求解器,都在看scip的源代码。所以谁先达到或者超越scip,都是一个问题。但是开源的scip和商用的cplex和gurobi有很大的差距,不仅仅是求解效率还有稳定性。

关于学界和业界的问题。学界的问题是都是由学生开发,这个软件其实学术上没有什么创新,开发这个软件学生毕业都是问题,所以学生的积极性不高。业界做这个需要投入时间很多,做很久可能离cplex和gurobi有一定的距离。所以像杉树这种做具体应用项目的时候用成熟的求解器或者启发式方法,求解器目前更多的是宣传的作用。

当然也不排除有资本的介入或者各种机缘巧合挖来cplex和gurobi的人,直接消化技术,跳过模仿开源求解器,直接开发出有竞争力的产品。

求解器这个“解题高手”专门为世界上各行各业的复杂问题进行最优计算和决策:大到战争中利用求解器进行作战部署,取得最终胜利;小到日常生活中如何在有限的预算内吃好一顿饭,求解器都有非常广阔的用武之地。那么求解器到底是什么“神器”?这个视频将揭开求解器的“神秘面纱”

回顾优化求解器的历史,在过去三十余年里这一领域被欧美所垄断。

值得欣慰的是,近些年,国产优化求解器从逐渐崭露头角,到最近雨后春笋般的蓬勃发展。

国内一些有着领先科技能力的新锐公司和互联网大厂,也开始研发自己的优化求解器,例如杉数科技推出的COPT,阿里达摩院的MindOpt和华为的天筹。

中科院团队也于2018年开发了CMIP求解器。

在过去的几年里,国产求解器主要在线性规划领域取得了不俗的成绩,即可以用来求解包含连续变量和线性约束条件的数学规划问题。

然而,现实问题却多为包含整数变量的整数规划问题。


2021年6月,杉数科技正式向全球推出中国首个高水平工业级别整数规划求解器COPT 2.0 。

2021年10月和22年2月,又先后发布了全新的COPT 3.0和4.0版本。

在引入二阶锥规划、凸二次规划和IIS(Identifying Infeasible Subsystems)等新功能的同时,也大幅提升了线性规划和整数规划的求解速度。

其中从3.0 到 如今的4.0,其在整数规划上的求解速度提升了41%。

还在国外权威测试平台榜单摘得亚军。

相比于之前在线性规划领域取得的成就,工业级别整数规划求解器的发布,对于国产求解器更具有里程碑的意义。


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