如何在 Global Optimization Toolbox 中使用并行处理

多核处理器

如果您有多核处理器，可以通过使用并行处理来提高处理速度。您可以使用一个 Parallel Computing Toolbox™ 许可证建立由多个工作进程组成的并行池。有关 Parallel Computing Toolbox 软件的描述，请参阅 Parallel Computing Toolbox 快速入门 (Parallel Computing Toolbox)。

假设您有双核处理器，并且要使用并行计算。请在命令行中输入以下代码。

parpool

MATLAB^® 会启动使用多核处理器的工作进程池。如果您之前设置了非默认集群配置文件，则可以通过输入以下代码来实现多核（本地）计算。

parpool('local')

注意

根据您的预设项，MATLAB 可以自动启动并行池。要启用此功能，请在主页选项卡的环境组中选择并行 > 并行设置...，然后选择自动创建并行池。

将求解器设置为使用并行处理。

求解器	命令行设置
`ga`	`options = optimoptions('ga','UseParallel', true, 'UseVectorized', false);`
`gamultiobj`	`options = optimoptions('gamultiobj','UseParallel', true, 'UseVectorized', false);`
`MultiStart`	`ms = MultiStart('UseParallel', true);` 或者 `ms.UseParallel = true`
`paretosearch`	`options = optimoptions('paretosearch','UseParallel',true);`
`particleswarm`	`options = optimoptions('particleswarm', 'UseParallel', true, 'UseVectorized', false);`
`patternsearch`	`options = optimoptions('patternsearch','UseParallel', true, 'UseCompletePoll', true, 'UseVectorized', false);`
`surrogateopt`	`options = optimoptions('surrogateopt','UseParallel',true);`

从 R2019a 开始，当您将 UseParallel 选项设置为 true 时，patternsearch 会在内部将 UseCompletePoll 设置覆盖为 true，以便该函数轮询。

使用 options 运行适用的求解器时，适用的求解器会自动使用并行计算。

要停止并行计算优化，请将 UseParallel 设置为 false。要停止所有并行计算，请输入以下代码。

delete(gcp)

注意

文档建议在调用 Simulink^® 时不要使用 parfor 或 parfeval；请参阅Using sim Function Within parfor (Simulink)。因此，在使用求解器的内置并行功能并行优化 Simulink 仿真时，可能会遇到问题。有关如何使用多个 Global Optimization Toolbox 求解器优化 Simulink 模型的示例，请参阅并行优化 Simulink 模型。

处理器网络

如果网络上有多个处理器，请使用 Parallel Computing Toolbox 函数和 MATLAB Parallel Server™ 软件来建立并行计算。

请确保您的系统针对并行计算进行了正确配置。请咨询系统管理员，或参考 Parallel Computing Toolbox 文档。

通过输入以下代码执行基本检查，其中 prof 是您的集群配置文件。
```
parpool(prof)
```
工作进程必须能够访问您的目标函数文件，以及（如果适用）您的非线性约束函数文件。完成以下步骤之一以确保可以访问：
- 使用 parpool (Parallel Computing Toolbox) AttachedFiles 参量将文件分发给工作进程。在此示例中，objfun.m 是您的目标函数文件，constrfun.m 是您的非线性约束函数文件。
  parpool('AttachedFiles',{'objfun.m','constrfun.m'});
  工作进程可以访问它们自己的文件副本。
- 给出目标或约束函数文件的网络文件路径。
  pctRunOnAll('addpath network_file_path')
  工作进程通过网络访问函数文件。
检查文件是否在每个工作进程的路径中。
```
pctRunOnAll('which filename')
```
如果任一工作进程没有该文件的路径，则它会报告
```
filename not found.
```

将求解器设置为使用并行处理。

求解器	命令行设置
`ga`	`options = optimoptions('ga','UseParallel', true, 'UseVectorized', false);`
`gamultiobj`	`options = optimoptions('gamultiobj','UseParallel', true, 'UseVectorized', false);`
`MultiStart`	`ms = MultiStart('UseParallel', true);` 或者 `ms.UseParallel = true`
`paretosearch`	`options = optimoptions('paretosearch','UseParallel',true);`
`particleswarm`	`options = optimoptions('particleswarm', 'UseParallel', true, 'UseVectorized', false);`
`patternsearch`	`options = optimoptions('patternsearch','UseParallel', true, 'UseCompletePoll', true, 'UseVectorized', false);`
`surrogateopt`	`options = optimoptions('surrogateopt','UseParallel',true);`

从 R2019a 开始，当您将 UseParallel 选项设置为 true 时，patternsearch 会在内部将 UseCompletePoll 设置覆盖为 true，以便该函数轮询。

建立并行计算环境后，只要您使用 options 调用适用的求解器，它们就会自动使用并行计算。

要停止并行计算优化，请将 UseParallel 设置为 false。要停止所有并行计算，请输入以下代码。

delete(gcp)

注意

文档建议在调用 Simulink 时不要使用 parfor 或 parfeval；请参阅Using sim Function Within parfor (Simulink)。因此，在使用求解器的内置并行功能并行优化 Simulink 仿真时，可能会遇到问题。有关如何使用多个 Global Optimization Toolbox 求解器优化 Simulink 模型的示例，请参阅并行优化 Simulink 模型。

并行搜索函数或混合函数

要使 patternsearch 搜索函数并行运行，或使 ga 或 simulannealbnd 的混合函数并行运行，请执行以下操作。

按照多核处理器或处理器网络中的描述设置并行处理。
确保您的搜索函数或混合函数具有以下部分中概述的条件：

patternsearch 搜索函数
并行混合函数

patternsearch 搜索函数

patternsearch 在以下条件下使用并行搜索函数：

UseCompleteSearch 为 true。
搜索方法不是 @searchneldermead 或 custom。
如果搜索方法是 patternsearch 轮询方法或拉丁超立方体搜索，则 UseParallel 为 true。使用 optimoptions 在命令行中设置：
```
options = optimoptions('patternsearch','UseParallel',true,...
    'UseCompleteSearch',true,'SearchFcn',@GPSPositiveBasis2N);
```

如果搜索方法是 ga，则搜索方法选项将 UseParallel 设置为 true。使用 optimoptions 在命令行中设置：

iterlim = 1; % iteration limit, specifies # ga runs
gaopt = optimoptions('ga','UseParallel',true);
options = optimoptions('patternsearch','SearchFcn',...
    {@searchga,iterlim,gaopt});

有关搜索选项的更多信息，请参阅搜索选项。有关示例，请参阅搜索和轮询。

并行混合函数

ga、particleswarm 和 simulannealbnd 可以让其他求解器在其迭代之后或中间运行。这些其他的求解器被称为混合函数。有关使用带有 gamultiobj 的混合函数的信息，请参阅使用 gamultiobj 进行并行计算。patternsearch 和 fmincon 都可以是混合函数。您可以设置选项，以便 patternsearch 并行运行，或者 fmincon 并行估计梯度。

按照混合函数选项对于 ga、混合函数对于 particleswarm 或混合函数选项对于 simulannealbnd 的描述设置混合函数的选项。总结一下：

如果您的混合函数是 patternsearch

创建 patternsearch 选项：

hybridopts = optimoptions('patternsearch','UseParallel',true,...
    'UseCompletePoll',true);

设置 ga 或 simulannealbnd 选项以使用 patternsearch 作为混合函数：

options = optimoptions('ga','UseParallel',true); % for ga
options = optimoptions('ga',options,...
    'HybridFcn',{@patternsearch,hybridopts});
% or, for simulannealbnd:
options = optimoptions(@simulannealbnd,'HybridFcn',{@patternsearch,hybridopts});

有关并行 patternsearch 的更多信息，请参阅模式搜索。

如果您的混合函数是 fmincon：

创建 fmincon 选项：

hybridopts = optimoptions(@fmincon,'UseParallel',true,...
    'Algorithm','interior-point');
% You can use any Algorithm except trust-region-reflective

设置 ga 或 simulannealbnd 选项以使用 fmincon 作为混合函数：

options = optimoptions('ga','UseParallel',true);
options = optimoptions('ga',options,'HybridFcn',{@fmincon,hybridopts});
% or, for simulannealbnd:
options = optimoptions(@simulannealbnd,'HybridFcn',{@fmincon,hybridopts});

有关并行 fmincon 的更多信息，请参阅并行计算。

测试并行优化

按照以下步骤进行操作，以测试您的问题是否能以并行方式正确运行。

在不使用并行计算的情况下尝试运行您的问题，以确保它以串行方式运行。在进行下一个测试之前，需确保此测试成功（给出正确的结果）。
将 UseParallel 设置为 true，并通过输入 delete(gcp) 确保不存在并行池。要确保 MATLAB 不会创建并行池，请在主页选项卡的环境组中选择并行 > 并行设置...，然后清除自动创建并行池。您的问题将以串行方式运行 parfor，循环迭代顺序与 for 循环相反。在进行下一个测试之前，需确保此测试成功（给出正确的结果）。
将 UseParallel 设置为 true，并使用 parpool 创建一个并行池。除非您有多核处理器或网络设置，否则此测试不会提高处理速度。此测试只简单用于验证计算的正确性。

请记住使用 options 参量调用您的求解器来测试或使用并行功能。