LBFGSpp 开源项目教程
项目介绍
LBFGSpp 是一个高性能的 Limited-memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (L-BFGS) 算法实现库,由 Yi Xuan 创建并维护。它为需要求解非线性最小化问题的应用提供了强大的工具。L-BFGS 是一种有限内存版本的拟牛顿法,特别适用于大规模优化问题。由于其高效性和易于并行化的特点,L-BFGS 在许多领域都有广泛的应用,包括深度学习模型的参数训练、物理学模拟、信号处理等。
项目快速启动
安装
首先,克隆项目仓库到本地:
git clone https://github.com/yixuan/LBFGSpp.git
编译和运行示例
LBFGSpp 是一个头文件库,无需编译。可以直接包含头文件并编写代码。以下是一个简单的示例代码:
#include <LBFGS.h>
#include <iostream>
using namespace LBFGSpp;
// 定义目标函数
class Rosenbrock
{
public:
double operator()(const Eigen::VectorXd& x, Eigen::VectorXd& grad)
{
const double t1 = (1 - x[0]);
const double t2 = (x[1] - x[0] * x[0]);
grad[0] = -2 * t1 - 4 * x[0] * t2;
grad[1] = 2 * t2;
return t1 * t1 + 100 * t2 * t2;
}
};
int main()
{
const int dim = 2; // 变量维度
Eigen::VectorXd x(dim);
x << -1.2, 1; // 初始点
LBFGSParam<double> param;
LBFGSSolver<double> solver(param);
Rosenbrock fun;
double fx;
int niter = solver.minimize(fun, x, fx);
std::cout << "迭代次数: " << niter << std::endl;
std::cout << "最优解: " << x.transpose() << std::endl;
std::cout << "最小值: " << fx << std::endl;
return 0;
}
运行
将上述代码保存为 main.cpp
,然后编译并运行:
g++ -std=c++11 -I/path/to/LBFGSpp/include main.cpp -o main
./main
应用案例和最佳实践
机器学习与深度学习
LBFGSpp 可以用于训练神经网络和其他参数化的复杂模型。以下是一个简单的神经网络训练示例:
#include <LBFGS.h>
#include <iostream>
#include <Eigen/Dense>
using namespace LBFGSpp;
// 定义神经网络
class NeuralNetwork
{
public:
NeuralNetwork(int input_dim, int hidden_dim, int output_dim)
: W1(hidden_dim, input_dim), W2(output_dim, hidden_dim), b1(hidden_dim), b2(output_dim)
{
W1.setRandom();
W2.setRandom();
b1.setZero();
b2.setZero();
}
double operator()(const Eigen::VectorXd& x, Eigen::VectorXd& grad)
{
// 前向传播
Eigen::VectorXd h = W1 * x + b1;
h = h.unaryExpr([](double z) { return std::max(0.0, z); }); // ReLU
Eigen::VectorXd y = W2 * h + b2;
// 计算损失
double loss = (y - target).squaredNorm();
// 反向传播
Eigen::VectorXd delta2 = 2 * (y - target);
Eigen::VectorXd delta1 = (W2.transpose() * delta2).cwiseProduct(h.unaryExpr([](double z) { return z > 0 ? 1.0
创作声明:本文部分内容由AI辅助生成(AIGC),仅供参考