Ceres的使用

本文介绍了Ceres求解非线性最小二乘问题的使用,包括代价函数构建、优化问题设定和求解器配置。通过具体例子展示了如何用Ceres进行曲线拟合,并探讨了如何处理异常值(outliers)。

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Ceres官网

Ceres介绍

  • ceres 可以解约束非线性最小二乘问题:
    在这里插入图片描述
  1. f i f_i fi:cost function 代价函数,SLAM中叫做误差项
  2. x j x_j xj:优化变量
  3. ρ i \rho_{i} ρi: 核函数

在这里插入图片描述

在最简单的情况下:核函数 ρ i = x    \rho_i=x\space\space ρi=x  约束条件: l j = − ∞    u j = ∞ l_j=-\infty \space\space u_j=\infty lj=  uj= ,我们得到最熟悉的非线性最小二乘问题:
在这里插入图片描述



求解过程

一般利用Ceres求解非线性优化问题分为三个过程:

  1. 构建代价函数(cost function)
  2. 通过代价函数来构建优化问题
  3. 配置求解器

举例叙述

问题:求解 1 2 ( 10 − x ) 2 \frac{1}{2}(10-x)^2 21(10x)

### 如何在CLion中使用Ceres库进行开发 #### 准备工作 为了能够在CLion环境中顺利集成并使用Ceres库,需要先完成一系列准备工作。这包括但不限于获取适合操作系统的Ceres版本以及配置必要的构建工具链。 对于Ubuntu环境中的安装问题,有记录表明直接克隆Git仓库可能导致编译失败的情况发生[^4]。建议按照官方文档指引下载最新的稳定版压缩包来规避此类风险,并依照给定的`cmake`指令逐步完成本地化部署过程。 #### 配置项目结构 创建一个新的CMake工程作为起点,在此之后调整项目的文件夹布局以便于管理依赖关系和其他资源文件。确保`CMakeLists.txt`能够正确指向外部库的位置,这对于后续引入第三方组件至关重要。 ```cmake # CMakeLists.txt 示例 cmake_minimum_required(VERSION 3.10) project(MyProjectWithCeres LANGUAGES CXX) set(CMAKE_CXX_STANDARD 17) set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON) find_package(Ceres REQUIRED NO_MODULE PATHS /path/to/ceres/lib/cmake/Ceres) add_executable(${PROJECT_NAME} main.cpp) target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE Ceres::ceres) ``` 上述脚本展示了基本框架下如何定位到已安装好的Ceres实例并通过链接目标将其纳入应用程序之中。注意替换路径参数以匹配实际存放位置。 #### 编写测试程序验证设置有效性 编写简单的优化案例用于检验当前环境能否正常调用核心功能模块: ```cpp // main.cpp 示例 #include <iostream> #include "ceres/ceres.h" int main() { double x = 0.5; ceres::Problem problem; // Add residual term using a cost function. problem.AddResidualBlock( new ceres::AutoDiffCostFunction<SimpleCostFunctor, 1>(new SimpleCostFunctor()), nullptr, &x); ceres::Solver::Options options; options.linear_solver_type = ceres::DENSE_QR; ceres::Solver::Summary summary; ceres::Solve(options, &problem, &summary); std::cout << summary.BriefReport() << "\n"; std::cout << "x : " << x << "\n"; return 0; } ``` 这段代码片段定义了一个简易的目标函数对象,并借助自动微分机制计算梯度信息参与迭代求解流程;最后打印出最终估计值与算法性能概览报告。 #### 调整IDE内部选项支持远程调试等功能特性 考虑到跨平台兼容性和效率考量,有时还需要进一步定制IDE行为模式——比如启用特定插件扩展服务或是修改默认编译器选型等措施,从而获得更佳用户体验效果。
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