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非线性方程求解中的代码生成：背景

什么是代码生成？

代码生成指使用 MATLAB® Coder™ 将 MATLAB 代码转换为 C 代码。代码生成需要 MATLAB Coder 许可证。

通常，您使用代码生成在未运行 MATLAB 的硬件上部署代码。例如，您可以在机器人上部署代码，使用 fsolve 来优化移动或规划。

有关示例，请参阅为 fsolve 生成代码。有关其他优化求解器中的代码生成，请参阅为 fmincon 生成代码、为 lsqcurvefit 或 lsqnonlin 生成代码或为 quadprog 生成代码。

代码生成的要求

  • fsolve 支持使用 codegen (MATLAB Coder) 函数或 MATLAB Coder 生成代码。您必须拥有 MATLAB Coder 许可证才能生成代码。

  • 目标硬件必须支持标准双精度浮点计算。您不能为单精度或定点计算生成代码。

  • 代码生成目标与 MATLAB 求解器不使用相同的数学核心函数库。因此，代码生成解可能不同于求解器解，尤其是对于病态问题。

  • 生成的所有代码必须为 MATLAB 代码。特别是，您不能将自定义黑盒函数用作 fsolve 的目标函数。您可以使用 coder.ceval 计算用 C 或 C++ 编码的自定义函数。但是，自定义函数必须在 MATLAB 函数中调用。

  • 在生成代码时，fsolve 不支持 problem 参量。

    [x,fval] = fsolve(problem) % Not supported

  • 您必须使用函数句柄（而不是字符串或字符名称）来指定目标函数。

    x = fsolve(@fun,x0,options) % Supported
% Not supported: fsolve('fun',...) or fsolve("fun",...)

  • 对于涉及嵌入式处理器的高级代码优化，您还需要 Embedded Coder® 许可证。

  • 您必须包括适用于 fsolve 的选项，并使用 optimoptions 指定这些选项。选项中必须包括 Algorithm 并将其设置为 'levenberg-marquardt'。

    options = optimoptions('fsolve','Algorithm','levenberg-marquardt');
[x,fval,exitflag] = fsolve(fun,x0,options);

  • 代码生成支持以下选项：

    • Algorithm - 必须为 'levenberg-marquardt'

    • FiniteDifferenceStepSize

    • FiniteDifferenceType

    • FunctionTolerance

    • MaxFunctionEvaluations

    • MaxIterations

    • SpecifyObjectiveGradient

    • StepTolerance

    • TypicalX

  • 生成的代码只会对选项进行有限的错误检查。更新选项的推荐方法是使用 optimoptions，而不是圆点表示法。

    opts = optimoptions('fsolve','Algorithm','levenberg-marquardt');
opts = optimoptions(opts,'MaxIterations',1e4); % Recommended
opts.MaxIterations = 1e4; % Not recommended

  • 不要从文件中加载选项。否则会导致代码生成失败。请在代码中创建选项。

  • 通常，如果您指定了不受支持的选项，在代码生成过程中会以静默方式忽略该选项。但是，如果使用圆点表示法指定绘图函数或输出函数，代码生成可能引发错误。为确保可靠性，请仅指定支持的选项。

  • 由于不支持输出函数和绘图函数，求解器不会返回退出标志 –1。

生成的代码不是多线程的

默认情况下，在 MATLAB 环境之外使用的生成代码使用非多线程的线性代数库。因此，此类代码的运行速度可能比 MATLAB 环境中的代码慢得多。

如果您的目标硬件有多个核，您可以通过使用自定义的多线程 LAPACK 和 BLAS 库来获得更好的性能。有关将这些库纳入生成的代码中的详细信息，请参阅Speed Up Linear Algebra in Generated Standalone Code by Using LAPACK Calls (MATLAB Coder)。

另请参阅

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