Что такое параллельные вычисления в Optimization Toolbox?

Параллельная функциональность оптимизации

Параллельные вычисления являются методом использования нескольких процессоров на одной проблеме. Причина использовать параллельные вычисления состоит в том, чтобы ускорить расчеты.

Следующие решатели Optimization Toolbox™ могут автоматически распределить числовую оценку градиентов целевых функций и нелинейных ограничительных функций к нескольким процессорам:

fmincon
fminunc
fgoalattain
fminimax
fsolve
lsqcurvefit
lsqnonlin

Эти решатели используют параллельную оценку градиента при следующих условиях:

У вас есть лицензия на программное обеспечение Parallel Computing Toolbox™.
Опция SpecifyObjectiveGradient установлен в false, или, если существует нелинейная ограничительная функция, опция SpecifyConstraintGradient установлен в false. Начиная с false значение по умолчанию этих опций, вы не должны устанавливать их; только не устанавливайте их обоих на true.
С параллельными вычислениями включают parpool, функция Parallel Computing Toolbox.
Опция UseParallel установлен в true. Значением по умолчанию этой опции является false.

Когда эти условия содержат, решатели вычисляют оцененные градиенты параллельно.

Примечание

Запускаясь параллельно, решатель иногда вызывает объективные и нелинейные ограничительные функции последовательно на хост-машине. Поэтому гарантируйте, что ваши функции не имеют никаких предположений о том, оценены ли они в последовательном или параллельном.

Параллельная оценка градиентов

Одна стандартная подпрограмма решателя может вычислить параллельно автоматически: стандартная подпрограмма, которая оценивает градиент ограничительных функций и целевой функции. Это вычисление включает вычислительные значения функции в точках около текущего местоположения x. По существу вычисление

$\nabla f (x) \approx [\frac{f (x + Δ_{1} e_{1}) - f (x)}{Δ_{1}}, \frac{f (x + Δ_{2} e_{2}) - f (x)}{Δ_{2}}, \dots, \frac{f (x + Δ_{n} e_{n}) - f (x)}{Δ_{n}}],$

где

f представляет ограничительные функции или цель
_ei является модульными векторами направления
Δ_i является размером шага в направлении _ei

Чтобы оценить ∇f (x) параллельно, решатели Optimization Toolbox распределяют оценку (f (x + _Δie_i) – f (x))/Δ_i к дополнительным процессорам.

Найдите что-либо подобное центральным различиям

Можно принять решение оценить градиенты центральными конечными разностями вместо прямых конечных разностей по умолчанию. Основная центральная формула конечной разности

$\nabla f (x) \approx [\frac{f (x + Δ_{1} e_{1}) - f (x - Δ_{1} e_{1})}{2 Δ_{1}}, \dots, \frac{f (x + Δ_{n} e_{n}) - f (x - Δ_{n} e_{n})}{2 Δ_{n}}] .$

Это берет вдвое больше вычислений функции в качестве прямых конечных разностей, но обычно намного более точно. Центральные конечные разности работают параллельно точно то же самое прямыми конечными разностями.

Включите центральные конечные разности при помощи optimoptions установить FiniteDifferenceType опция к 'central'. Чтобы использовать прямые конечные разности, установите FiniteDifferenceType опция к 'forward'.

Вложенные параллельные функции

Решатели используют функцию Parallel Computing Toolbox parfor (Parallel Computing Toolbox), чтобы выполнить параллельную оценку градиентов. parfor не работает параллельно, когда названо из другого parfor цикл. Поэтому вы не можете одновременно использовать параллельную оценку градиента и найти что-либо подобное функциональности в вашей цели или ограничительных функциях.

Примечание

Документация рекомендует не использовать parfor или parfeval при вызове Simulink^®; смотрите Используя функцию sim в parfor (Simulink). Поэтому вы можете столкнуться с проблемами при оптимизации параллельной симуляции Simulink с помощью встроенной параллельной функциональности решателя.

Предположим, например, своя целевая функция userfcn вызовы parfor, и вы хотите вызвать fmincon в цикле. Предположим также что условия для параллельной оценки градиента fmincon, как дали в параллельной Функциональности Оптимизации, удовлетворены. Когда Запуски parfor Параллельно показывают три случая:

Наиболее удаленный цикл parfor. Только тот цикл запускается параллельно.
Наиболее удаленное parfor цикл находится в fmincon. Только fmincon запуски параллельно.
Наиболее удаленное parfor цикл находится в userfcn. userfcn может использовать parfor параллельно.

Когда Запуски parfor Параллельно

Документация