干货 | cplex介绍、下载和安装以及java环境配置和API简单说明

最近学习列生成算法，需要用到优化求解器。所以打算学习一下cplex这个商业求解器。

当然也有其他更多的选择，这里暂时以比较容易上手和性能比较好的cplex开始吧。其实，小编也早就想学习使用这个cplex了，毕竟是个好东西。

01 Cplex是什么？

Cplex是IBM公司开发的一款商业版的优化引擎，当然也有免费版，只不过免费版的有规模限制，不能求解规模过大的问题。

Cplex专门用于求解大规模的线性规划（LP）、二次规划（QP）、带约束的二次规划（QCQP）、二阶锥规划（SOCP）等四类基本问题，以及相应的混合整数规划（MIP）问题。

优势：

能解决一些非常困难的行业问题；

求解速度非常快；

提供超线性加速功能的优势。

在Cplex的加持下，使得matlab对于大规模问题，以及线性规划的效率，都得到飞跃的提升。

02 Cplex下载和安装

由于商用版太贵，现在已经能申请教育版了，功能和商用版一样。

刚好学长之前申请过一个教育版的，所以这里直接给大家分享一个出来了，这个版本是无限制的，便于我们后续的学习：

下载请移步留言区。

直接下载下来安装即可。至于安装，非常简单，一路下一步即可。

由于是基础教程，所以小编会一步一个脚印带领大家上手，从入门到放弃的那种。不过主要是侧重于Java和C++调用cplex库，关于OPL建模语言就请读者们自行学习啦。

03 cplex的java环境配置

因为小编一般用的C++和Java比较多，而且现在开发大型算法用这类面向对象的编程语言也方便得多。

基于上面的种种考虑，加上时间和精力有限，所以就暂时只做C++和Java的详细教程辣。关于matlab和python的也许后续会补上的吧。

然后在开始之前，照例先把环境给配置好。那么就先配置java的环境吧。

前面已经说了怎么下载和安装cplex了，如图：

确保已经安装上这个版本，我们才能开始下一步的工作。

java小编一般用的ide是eclipse，就配置一下关于eclipse的。其他的开发环境请大家自行设置哈。

新建一个工程，添加一个package，添加一个带main函数的类。代码先别写。

在项目右键，选择build path -> Configure Build Path……

找到Libraries->Add External JARs……，然后定位到\lib这个文件夹，把cplex.jar给添加进去。

到这一步还不行，还需要把CPLEX的动态运行库给添加进去，好让java程序运行的时候能够找到。

具体做法是：

1. 在项目右键，选择build path -> Configure Build Path……

2. 找到Libraries，点开JRE System Library

3. 在Native library location那里点edit，把cplex下的\bin\x64_win64文件夹给添加进去。这里面有程序运行所需要动态库。

一个简单的线性规划问题：

把下面代码复制进main函数里面：

try {
            IloCplex cplex = new IloCplex(); // creat a model
            
            double[] lb = {0.0, 0.0, 0.0};
            double[] ub = {40.0, Double.MAX_VALUE, Double.MAX_VALUE};
            IloNumVar[] x = cplex.numVarArray(3, lb, ub);
            
            double[] objvals = {1.0, 2.0, 3.0};
            cplex.addMaximize(cplex.scalProd(x, objvals));
            
            double[] coeff1 = {-1.0, 1.0, 1.0};
            double[] coeff2 = {1.0, -3.0, 1.0};
            
            cplex.addLe(cplex.scalProd(x, coeff1), 20.0);
            cplex.addLe(cplex.scalProd(x, coeff2), 30.0);
            
            if (cplex.solve()) {
                cplex.output().println("Solution status = " + cplex.getStatus());
                cplex.output().println("Solution value = " + cplex.getObjValue());
                double[] val = cplex.getValues(x);
                for (int j = 0; j < val.length; j++)
                    cplex.output().println("x" + (j+1) + "  = " + val[j]);
            }
            cplex.end();
            
        } catch (IloException e) {
            System.err.println("Concert exception caught: " + e);
        }

点击运行，出现下面的结果就成功啦：

最后，如果提示找不到build path ，share libraries什么的，请确保第一步配置正确！至此，我们已经能愉快使用cplex啦。

04 Java 的相关API说明

cplex的java程序整体框架一般如下：

try {
        } catch (IloException e) {
            System.err.println("Concert exception caught: " + e);
        }

1. 使用 IloCplex 类新建一个 cplex 类。

2. 使用 IloNumVar 定义求解变量。

3. 使用 addMaximize 或addMinimize 定义求解目标。

4. 使用 addLe 添加约束条件。

5. 使用 solve() 方法求解。

6. 使用 IloNumExpr 定义中间变量。

cplex 的 java api 不支持加减乘除符号，加必须用 sum 方法， 减必须用 diff 方法， 乘除必须用 prod 方法。

下一期我们将用cplex求解一个TSP问题的模型。期待吧~