SCIP | 数学规划求解器SCIP超详细的使用教程

本文是一份全面的SCIP数学规划求解器使用教程,涵盖了科普、基础入门和实战应用。SCIP是混合整数编程和非线性编程的快速非商业解器,支持多种平台和编程语言接口。教程包括SCIP的下载安装、基本使用、Python、Java和C/C++环境下的应用示例。通过实例展示了如何用SCIP解决线性、混合整数和非线性规划问题。

SCIP | 数学规划求解器SCIP超详细的使用教程

前言

小伙伴们大家好呀!继上次lp_solve规划求解器的推文出来以后,大家都期待着更多求解器的具体介绍和用法。小编哪敢偷懒,这不,赶在考试周之际,又在忙里偷闲中给大家送上一篇SCIP规划求解的推文教程。快一起来看看吧。

Part1 惯例科普篇

What is SCIP?

官方的介绍:

SCIP is currently one of the fastest non-commercial solvers for mixed integer programming (MIP) and mixed integer nonlinear programming (MINLP). It is also a framework for constraint integer programming and branch-cut-and-price. It allows for total control of the solution process and the access of detailed information down to the guts of the solver.

SCIP is a framework for Constraint Integer Programming oriented towards the needs of mathematical programming experts who want to have total control of the solution process and access detailed information down to the guts of the solver. SCIP can also be used as a pure MIP and MINLP solver or as a framework for branch-cut-and-price.

SCIP is implemented as C callable library and provides C++ wrapper classes for user plugins. It can also be used as a standalone program to solve mixed integer programs given in various formats such as MPS, LP, flatzinc, CNF, OPB, WBO, PIP, etc. Furthermore, SCIP can directly read ZIMPL models.
有关SCIP概述及其算法的实现原理方法更多详情,可以点击下面链接下载相关文档:

SCIP的更详细描述:

有关凸与非凸MILPS的全局优化的非线性求解特征:

SCIP Optimization

SuiteSCIP优化套件是用于生成和求解混合整数非线性规划模型混合整数线性规划模型整数约束规划模型的工具集。 它由以下部分组成:

  • SCIP mixed integer (linear and nonlinear) programming solver and constraint programming framework
  • SoPlex linear programming solver
  • ZIMPL mathematical programming language
  • UG parallel framework for mixed integer (linear and nonlinear) programs
  • GCG generic branch-cut-and-price solver

用户可以使用建模语言ZIMPL轻松生成线性,混合整数和混合整数二次约束的规划模型。 得到的模型可以直接加载到SCIP中并求解。 在解决方案过程中,SCIP可以使用SoPlex作为底层LP求解器。

上面五个组件都可以获得它们的源代码,并且都是免费的。因此它们是用于学术研究和混合整数编程的理想工具。

可以点击下面链接下载SCIP Optimization Suite:
https://scip.zib.de/index.php#download

目前最新版本是SCIP version 6.0.0。

支持以下平台:

  • Linux
  • Mac
  • Windows
  • SunOS
  • Android

SCIP的特点

对于SCIP,它主要有以下几个优点:

  • very fast standalone solver for linear programming (LP), mixed integer programming (MIP), and mixed integer nonlinear programming (MINLP)
  • framework for branching, cutting plane separation, propagation, pricing, and Benders' decomposition,
  • large C-API, C++ wrapper classes for user plugins
  • interfaces to other applications and programming languages (contained in source code packages or available from http://github.com/SCIP-interfaces):

Python
Java
AMPL
G

### SCIP求解器简介 SCIP是一个用于约束整数规划(Constraint Integer Programming, CIP)的框架,主要面向希望完全控制求解过程并访问底层细节的数学规划专家[^2]。它不仅可以作为纯混合整数线性规划(MILP)和混合整数非线性规划(MINLP)求解器使用,还可以作为一个分支切割与定价(branch-cut-and-price)框架。 --- ### SCIP求解器的安装方法 #### 方法一:通过源码编译安装 如果需要手动安装SCIP,可以按照以下步骤操作: 1. **下载SCIP Opt Suite** 访问官方页面获取最新版本的`scipoptsuite-X.X.X.tgz`文件,并将其保存到本地目录[^4]。 2. **解压文件** 使用命令行工具执行以下指令来解压压缩: ```bash tar -zxvf scipoptsuite-5.0.0.tgz ``` 3. **配置环境变量** 编辑`.bashrc`或其他shell初始化脚本,设置路径以便于后续调用: ```bash export PATH=$PATH:/path/to/scipoptsuite/bin ``` 4. **构建项目** 执行Makefile完成编译工作: ```bash make ZIMPL=false READLINE=false GMP=false SOPLEX=true ``` 此处参数可以根据实际需求调整,例如启用GMP支持或者禁用某些依赖库。 #### 方法二:Python中的PySCIPOpt接口 对于希望通过Python直接调用SCIP的情况,推荐使用`pyscipopt`模块。然而需要注意的是,在部分环境中可能会遇到兼容性问题[^3]。解决办法如下: 1. 安装前确认已正确安装C++开发工具链以及必要的头文件; 2. 尝试指定特定版本号进行pip安装: ```bash pip install pyscipopt==X.Y.Z ``` 替换`X.Y.Z`为适合当前系统的稳定版次; 3. 如果仍然失败,则考虑采用conda渠道管理软件: ```bash conda install -c conda-forge pyscipopt ``` 注意:并非所有平台都提供预编译好的wheel文件,因此有时仍需自行编译扩展程序。 --- ### 如何在OR-Tools中调用SCIP内核? Google OR-Tools提供了灵活多样的优化算法实现方案,其中就含了对接第三方高级求解引擎的功能选项之一便是集成SCIP核心逻辑[^1]。具体做法如下所示: ```python from ortools.linear_solver import pywraplp def create_scip_solver(): """创建基于SCIP的支持连续/离散决策变量模型实例""" solver = pywraplp.Solver.CreateSolver('SCIP') if not solver: raise ValueError("无法加载SCIP求解器,请先验证其是否被成功部署至运行时环境") return solver if __name__ == "__main__": s = create_scip_solver() print(f"使用求解器名称:{s.solver_name()}") ``` 上述代码片段展示了如何利用OR-Tools封装后的API快速定义一个以SCIP为基础的新建对象,并测试连接状态正常与否。 --- ### 性能评估数据记录表单说明 当对比不同求解器的表现差异时,通常会借助标准化表格形式呈现实验所得指标数值关系图谱。比如下面这个例子就是针对八线程并发条件下各款产品处理效率统计汇总情况摘要[^5]: | Threads Count | Time Consumed (sec.) by Solver A | Memory Usage(MB)by Solver B | |---------------|-----------------------------------|-------------------------------| | 8 | XX.XXX | YY.YYY | 此结构便于直观看出各项资源消耗趋势变化规律特征等等重要特性描述要点所在之处。 ---
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