nsz Git - libfirm/blob - ir/lpp/lpp_gurobi.c

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2005-2011 University of Karlsruhe.  All right reserved.
   3  *
   4  * This file is part of libFirm.
   5  *
   6  * This file may be distributed and/or modified under the terms of the
   7  * GNU General Public License version 2 as published by the Free Software
   8  * Foundation and appearing in the file LICENSE.GPL included in the
   9  * packaging of this file.
  10  *
  11  * Licensees holding valid libFirm Professional Edition licenses may use
  12  * this file in accordance with the libFirm Commercial License.
  13  * Agreement provided with the Software.
  14  *
  15  * This file is provided AS IS with NO WARRANTY OF ANY KIND, INCLUDING THE
  16  * WARRANTY OF DESIGN, MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
  17  * PURPOSE.
  18  */
  19
  20 /**
  21  * @file
  22  * @author  Matthias Braun
  23  */
  24 #include "config.h"
  25
  26 #ifdef WITH_GUROBI
  27 #include "lpp_gurobi.h"
  28
  29 #include <stdio.h>
  30 #include <stdlib.h>
  31 #include <math.h>
  32
  33 #include "obst.h"
  34
  35 #include <gurobi_c.h>
  36
  37 #include "error.h"
  38 #include "sp_matrix.h"
  39
  40 static char gurobi_cst_encoding[4] = { 0, GRB_EQUAL, GRB_LESS_EQUAL, GRB_GREATER_EQUAL };
  41 static char gurobi_var_encoding[4] = { 0, 0, GRB_CONTINUOUS, GRB_BINARY };
  42
  43 typedef struct _gurobi_t {
  44         lpp_t *lpp;
  45         GRBenv *env;
  46         GRBenv *modelenv;
  47         GRBmodel *model;
  48 } gurobi_t;
  49
  50 static void check_gurobi_error(gurobi_t *grb, int error)
  51 {
  52         if (error != 0) {
  53                 panic("gurobi error: %s", GRBgeterrormsg(grb->env));
  54         }
  55 }
  56
  57 static gurobi_t *new_gurobi(lpp_t *lpp)
  58 {
  59         int error;
  60
  61         gurobi_t *grb = XMALLOCZ(gurobi_t);
  62         grb->lpp = lpp;
  63         /* /tmp/firm_gurobi.log is a hack (see below) */
  64         error = GRBloadenv(&grb->env, "/tmp/firm_gurobi.log");
  65         check_gurobi_error(grb, error);
  66         /* Matze: do not set the FILE* for logging output. Because:
  67          *  a) the function is deprecated
  68          *  b) gurobi closes the FILE handle when it is done, which leads to
  69          *     very unexpected effects when you pass stdout or stderr as logging
  70          *     output.
  71          * The only thing gurobi sanely supports is giving a string with a filename
  72          * :-( ...so we use /tmp/firm_gurobi.log as a temporary measure...
  73          */
  74 #if 0
  75         error = GRBsetlogfile(grb->env, lpp->log);
  76         check_gurobi_error(grb, error);
  77 #else
  78         if (lpp->log != stdout && lpp->log != stderr) {
  79                 error = GRBsetintparam(grb->env, GRB_INT_PAR_OUTPUTFLAG, 0);
  80                 check_gurobi_error(grb, error);
  81         }
  82 #endif
  83
  84         return grb;
  85 }
  86
  87 static void free_gurobi(gurobi_t *grb)
  88 {
  89         GRBfreemodel(grb->model);
  90         GRBfreeenv(grb->env);
  91         free(grb);
  92 }
  93
  94 /**
  95  * Build CPLEX data structure from LPP matrix.
  96  * @note: The LPP matrix is freed after this step, to save memory.
  97  */
  98 static void gurobi_construct(gurobi_t *grb)
  99 {
 100         const matrix_elem_t *elem;
 101         int                  i, o;
 102         //int                  sv_cnt;
 103         //int                 *indices;
 104         //double              *startv;
 105         int                  numcols, numrows, numentries;
 106         int                  objsen, *matbeg, *matcnt, *matind;
 107         double               *obj, *rhs, *matval, *lb;
 108         char                 *sense, *vartype;
 109         char                 **colname, **rowname;
 110         struct obstack       obst;
 111         lpp_t                *lpp = grb->lpp;
 112         int                  error;
 113
 114         numcols    = lpp->var_next-1;
 115         numrows    = lpp->cst_next-1;
 116         numentries = matrix_get_entries(lpp->m);
 117         objsen     = lpp->opt_type == lpp_minimize ? 1 : -1;
 118         obstack_init(&obst);
 119
 120         obj     = obstack_alloc(&obst, numcols * sizeof(*obj));
 121         lb      = obstack_alloc(&obst, numcols * sizeof(*lb));
 122         colname = obstack_alloc(&obst, numcols * sizeof(*colname));
 123         rowname = obstack_alloc(&obst, numrows * sizeof(*rowname));
 124         vartype = obstack_alloc(&obst, numcols * sizeof(*vartype));
 125         //indices = obstack_alloc(&obst, numcols * sizeof(*indices));
 126         //startv  = obstack_alloc(&obst, numcols * sizeof(*startv));
 127         matbeg  = obstack_alloc(&obst, numcols * sizeof(*matbeg));
 128         matcnt  = obstack_alloc(&obst, numcols * sizeof(*matcnt));
 129         matind  = obstack_alloc(&obst, numentries * sizeof(*matind));
 130         matval  = obstack_alloc(&obst, numentries * sizeof(*matval));
 131         rhs     = obstack_alloc(&obst, numrows * sizeof(*rhs));
 132         sense   = obstack_alloc(&obst, numrows * sizeof(*sense));
 133
 134         o      = 0;
 135         //sv_cnt = 0;
 136         /* fill the CPLEX matrix*/
 137         for (i = 0; i < numcols; ++i) {
 138                 lpp_name_t *curr_var = lpp->vars[1+i];
 139
 140                 obj[i] = matrix_get(lpp->m, 0, 1+i);
 141                 lb[i]  = 0.0;
 142
 143                 colname[i] = (char*) curr_var->name;
 144                 vartype[i] = gurobi_var_encoding[curr_var->type.var_type];
 145
 146 #if 0
 147                 if (curr_var->value_kind == lpp_value_start) {
 148                         panic("start values not supported in gurobi yet");
 149                         indices[sv_cnt]  = i;
 150                         startv[sv_cnt++] = curr_var->value;
 151                 }
 152 #endif
 153
 154                 matbeg[i] = o;
 155                 matcnt[i] = 0;
 156                 matrix_foreach_in_col(lpp->m, 1 + i, elem) {
 157                         if (elem->row == 0)
 158                                 continue;
 159                         matind[o] = elem->row-1;
 160                         matval[o] = elem->val;
 161                         matcnt[i]++;
 162                         o++;
 163                 }
 164         }
 165
 166         /* get constraint stuff (right hand side, type, name) */
 167         for (i = 0; i < numrows; ++i) {
 168                 lpp_name_t *curr_cst = lpp->csts[1 + i];
 169
 170                 rhs[i]     = matrix_get(lpp->m, 1 + i, 0);
 171                 sense[i]   = gurobi_cst_encoding[curr_cst->type.cst_type];
 172                 rowname[i] = (char*) curr_cst->name;
 173         }
 174
 175         error = GRBloadmodel(grb->env, &grb->model, lpp->name, numcols, numrows,
 176                              objsen, 0, obj, sense, rhs, matbeg, matcnt, matind,
 177                              matval, lb, NULL, vartype, colname, rowname);
 178         check_gurobi_error(grb, error);
 179         grb->modelenv = GRBgetenv(grb->model);
 180
 181         obstack_free(&obst, NULL);
 182         lpp_free_matrix(lpp);
 183 }
 184
 185 static void gurobi_solve(gurobi_t *grb)
 186 {
 187         lpp_t *lpp = grb->lpp;
 188         int i;
 189         int optimstatus;
 190         int error;
 191         int numcols = lpp->var_next-1;
 192         double *values;
 193         double  iterations;
 194
 195         /* Set the time limit appropriately */
 196         if(lpp->time_limit_secs > 0.0) {
 197                 error = GRBsetdblparam(grb->modelenv, GRB_DBL_PAR_TIMELIMIT, lpp->time_limit_secs);
 198                 check_gurobi_error(grb, error);
 199         }
 200
 201 #if 0
 202         /*
 203          * If a bound of the objective function is supplied,
 204          * set it accordingly, dependign on minimization or maximization.
 205          */
 206         if(lpp->set_bound) {
 207                 fprintf(stderr, "Warning: gurobi bound not implemented yet\n");
 208         }
 209 #endif
 210
 211         /* solve */
 212         error = GRBoptimize(grb->model);
 213         check_gurobi_error(grb, error);
 214
 215         /* get solution status */
 216         error = GRBgetintattr(grb->model, GRB_INT_ATTR_STATUS, &optimstatus);
 217         check_gurobi_error(grb, error);
 218
 219         switch (optimstatus) {
 220         case GRB_OPTIMAL:           lpp->sol_state = lpp_optimal; break;
 221         case GRB_INFEASIBLE:        lpp->sol_state = lpp_infeasible; break;
 222         case GRB_INF_OR_UNBD:       lpp->sol_state = lpp_inforunb; break;
 223         case GRB_UNBOUNDED:         lpp->sol_state = lpp_unbounded; break;
 224         /* TODO: is this correct? */
 225         default:                    lpp->sol_state = lpp_feasible; break;
 226         }
 227
 228         if (lpp->sol_state >= lpp_feasible) {
 229                 /* get variable solution values */
 230                 values = alloca(numcols * sizeof(*values));
 231                 error = GRBgetdblattrarray(grb->model, GRB_DBL_ATTR_X, 0, numcols,
 232                                            values);
 233                 check_gurobi_error(grb, error);
 234                 for(i=0; i<numcols; ++i) {
 235                         lpp->vars[1+i]->value      = values[i];
 236                         lpp->vars[1+i]->value_kind = lpp_value_solution;
 237                 }
 238
 239                 /* Get the value of the objective function. */
 240                 error = GRBgetdblattr(grb->model, GRB_DBL_ATTR_OBJVAL, &lpp->objval);
 241                 check_gurobi_error(grb, error);
 242                 error = GRBgetdblattr(grb->model , GRB_DBL_ATTR_OBJBOUND,
 243                                       &lpp->best_bound);
 244                 if (error != 0) {
 245                         lpp->best_bound = FP_NAN;
 246                 }
 247         }
 248
 249         /* get some statistics */
 250         error = GRBgetdblattr(grb->model, GRB_DBL_ATTR_ITERCOUNT, &iterations);
 251         check_gurobi_error(grb, error);
 252         lpp->iterations = (unsigned) iterations;
 253
 254         error = GRBgetdblattr(grb->model, GRB_DBL_ATTR_RUNTIME, &lpp->sol_time);
 255         check_gurobi_error(grb, error);
 256 }
 257
 258 void lpp_solve_gurobi(lpp_t *lpp)
 259 {
 260         gurobi_t *grb = new_gurobi(lpp);
 261         gurobi_construct(grb);
 262         gurobi_solve(grb);
 263         free_gurobi(grb);
 264 }
 265
 266 #endif