https://github.com/udacity/CarND-MPC-Quizzes/blob/master/install_Ipopt_CppAD.md
https://blog.csdn.net/qq_34525916/article/details/119186692#:~:text=%E6%A6%82%E8%A7%88
https://coin-or.github.io/CppAD/doc/install.htm
Ubuntu20.04 安装 Ipopt + cppAD流程
coinor库的安装与问题解决
Undefined reference to `Ipopt::IpoptApplication::IpoptApplication(bool, bool)’
在进行cppad和ipopt的安装时，发现在按照其他博主写的博客进行安装时总是会出现各种各样他们没遇到的问题，所以这里也记录下自己成功安装的步骤。
这边提供3种方式进行安装，可以先尝试使用方式1，方式1不行的话尝试方式2，方式2不行最后再尝试方式3.
sudo apt-get install coinor-libipopt
我这边使用命令行安装时显示无法定位软件包，在更新软件源后依旧无法生效，所以这个方式我放弃了。
安装依赖
sudo apt-get install gcc g++ gfortran git patch wget pkg-config liblapack-dev libmetis-dev libblas-dev
创建一个存放所有跟Ipopt相关的文件夹，便于管理
mkdir ~/Ipopt_pkg
cd Ipopt_pkg
安装ASL
git clone https://github.com/coin-or-tools/ThirdParty-ASL.git
cd ThirdParty-ASL
sudo ./get.ASL
sudo ./configure
sudo make
sudo make install
cd ..
安装HSL
git clone https://github.com/coin-or-tools/ThirdParty-HSL.git
cd ThirdParty-HSL
# 接下来需要下载coinhsl文件，并解压到ThirdParty-HSL目录下
下载coinhsl文件，并解压到ThirdParty-HSL目录下
在ThirdParty-HSL目录下，执行以下命令
sudo ./configure
sudo make
sudo make install
cd ..
安装MUMPS
git clone https://github.com/coin-or-tools/ThirdParty-Mumps.git
cd ThirdParty-Mumps
sudo ./get.Mumps
sudo ./configure
sudo make
sudo make install
cd ..
安装Ipopt
git clone https://github.com/coin-or/Ipopt.git
cd Ipopt
mkdir build
cd build
sudo ../configure
sudo make
sudo make test
sudo make install
完善环境
cd /usr/local/include
sudo cp coin-or coin -r
sudo ln -s /usr/local/lib/libcoinmumps.so.3 /usr/lib/libcoinmumps.so.3
sudo ln -s /usr/local/lib/libcoinhsl.so.2 /usr/lib/libcoinhsl.so.2
sudo ln -s /usr/local/lib/libipopt.so.3 /usr/lib/libipopt.so.3
到这里都没有报错则安装完成。
首先，安装依赖
sudo apt-get install gfortran
apt-get install unzip
下载Ipopt压缩包，并解压。
wget https://www.coin-or.org/download/source/Ipopt/Ipopt-3.12.7.zip
unzip Ipopt-3.12.7.zip
在使用
wget方式下载Ipopt压缩包时，可能因为网络原因下载不了，那么可以直接进入网址，找到Ipopt-3.12.7.zip进行手动下载即可。
下载并解压完成后，进入Ipopt-3.12.7文件夹，执行新建文件 install_ipopt.sh
touch install_ipopt.sh
打开该文件，并写入以下内容：
# Pass the Ipopt source directory as the first argument
if [ -z $1 ]
then
echo "Specifiy the location of the Ipopt source directory in the first argument."
exit
fi
cd $1
prefix=/usr/local
srcdir=$PWD
echo "Building Ipopt from ${srcdir}"
echo "Saving headers and libraries to ${prefix}"
# BLAS
cd $srcdir/ThirdParty/Blas
./get.Blas
mkdir -p build && cd build
../configure --prefix=$prefix --disable-shared --with-pic
make install
# Lapack
cd $srcdir/ThirdParty/Lapack
./get.Lapack
mkdir -p build && cd build
../configure --prefix=$prefix --disable-shared --with-pic \
--with-blas="$prefix/lib/libcoinblas.a -lgfortran"
make install
# ASL
cd $srcdir/ThirdParty/ASL
./get.ASL
# MUMPS
cd $srcdir/ThirdParty/Mumps
./get.Mumps
# build everything
cd $srcdir
./configure --prefix=$prefix coin_skip_warn_cxxflags=yes \
--with-blas="$prefix/lib/libcoinblas.a -lgfortran" \
--with-lapack=$prefix/lib/libcoinlapack.a
make
make test
make -j1 install
给该文件添加可执行权限：
sudo chmod +x install_ipopt.sh
然后运行脚本：
./install_ipopt.sh Ipopt-3.12.7
运行脚本后，有可能因为网络问题运行失败，可以多尝试几次。
最后静静等待安装即可。
最终，我是使用方式2步骤进行安装的。方式3因为网络问题，比较难成功。
进入 IPOPT 源码文件夹如下位置，用官方例子测试
cd Ipopt/build/examples/Cpp_example
sudo make
./Cpp_example
出现以下界面说明安装成功
安装完成后，有可能后期在使用阶段会编译报错：
/usr/include/coin/IpSmartPtr.hpp:19:4: error: #error "don't have header file for stddef"
需要通过以下方式解决。
打开文件
sudo gedit /usr/include/coin/IpSmartPtr.hpp
在文件的预处理部分，添加如下内容
#define HAVE_CSTDDEF // 添加部分
#ifdef HAVE_CSTDDEF
# include <cstddef>
#else
# ifdef HAVE_STDDEF_H
# include <stddef.h>
# else
# error "don't have header file for stddef"
# endif
#endif
#undef HAVE_CSTDDEF // 添加部分
先尝试方式1，方式1不行再尝试方式2。
一般网上已有的教程都是说直接在终端中输入以下命令安装：
sudo apt-get install cppad
但是，使用这种方式可能找不到该库。
遇到这个问题时，可以尝试切换源。切换源方式见博客。切换源后再进行更新。
sudo apt update
然后再重新尝试安装。
安装完成后如果需要卸载，则执行以下命令：
sudo apt-get remove cppad
如果上述方式无法成功安装，可采取下面源码的方式安装。
使用源码的方式安装。
下载源码：
git clone https://github.com/coin-or/CppAD.git
下载完成后，进入CppAD文件夹，然后执行以下命令：
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install
即可安装成功。
如果需要卸载的话，在CppAD/build文件夹内执行以下命令即可：
sudo make uninstall
使用以下代码测试CppAD是否安装成功。
CppAD_demo.cpp文件
# include <iostream> // standard input/output
# include <vector> // standard vector
# include <cppad/cppad.hpp> // the CppAD package
namespace { // begin the empty namespace
// define the function Poly(a, x) = a[0] + a[1]*x[1] + ... + a[k-1]*x[k-1]
template <class Type>
Type Poly(const CPPAD_TESTVECTOR(double) &a, const Type &x)
{ size_t k = a.size();
Type y = 0.; // initialize summation
Type x_i = 1.; // initialize x^i
for(size_t i = 0; i < k; i++)
{ y += a[i] * x_i; // y = y + a_i * x^i
x_i *= x; // x_i = x_i * x
}
return y;
}
}
// main program
int main(void)
{ using CppAD::AD; // use AD as abbreviation for CppAD::AD
using std::vector; // use vector as abbreviation for std::vector
// vector of polynomial coefficients
size_t k = 5; // number of polynomial coefficients
CPPAD_TESTVECTOR(double) a(k); // vector of polynomial coefficients
for(size_t i = 0; i < k; i++)
a[i] = 1.; // value of polynomial coefficients
// domain space vector
size_t n = 1; // number of domain space variables
vector< AD<double> > ax(n); // vector of domain space variables
ax[0] = 3.; // value at which function is recorded
// declare independent variables and start recording operation sequence
CppAD::Independent(ax);
// range space vector
size_t m = 1; // number of ranges space variables
vector< AD<double> > ay(m); // vector of ranges space variables
ay[0] = Poly(a, ax[0]); // record operations that compute ay[0]
// store operation sequence in f: X -> Y and stop recording
CppAD::ADFun<double> f(ax, ay);
// compute derivative using operation sequence stored in f
vector<double> jac(m * n); // Jacobian of f (m by n matrix)
vector<double> x(n); // domain space vector
x[0] = 3.; // argument value for computing derivative
jac = f.Jacobian(x); // Jacobian for operation sequence
// print the results
std::cout << "f'(3) computed by CppAD = " << jac[0] << std::endl;
// check if the derivative is correct
int error_code;
if( jac[0] == 142. )
error_code = 0; // return code for correct case
else error_code = 1; // return code for incorrect case
return error_code;
}
CMakeLists.txt文件
cmake_minimum_required(VERSION 3.21)
project(testCPP)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
add_executable(CppAD_demo CppAD_demo.cpp)
在该项目目录内执行
mkdir build
cd build
cmake ../
make
./CppAD_demo
输出以下信息，则CppAD安装成功
以下例子来自于博客。
利用CppAD与Ipopt求解以下非线性规划问题
minimize x 1 x 4 ( x 1 + x 2 + x 3 ) + x 3 s.t. x 1 x 2 x 3 x 4 ≥ 25 x 1 2 + x 2 2 + x 3 2 + x 4 2 = 40 1 ≤ x 1 , x 2 , x 3 , x 4 ≤ 5 \begin{array}{cc}\operatorname{minimize} & x_1 x_4\left(x_1+x_2+x_3\right)+x_3 \\ \text { s.t. } & x_1 x_2 x_3 x_4 \geq 25 \\ & x_1^2+x_2^2+x_3^2+x_4^2=40 \\ & 1 \leq x_1, x_2, x_3, x_4 \leq 5\end{array} minimize s.t. x1x4(x1+x2+x3)+x3x1x2x3x4≥25x12+x22+x32+x42=401≤x1,x2,x3,x4≤5
cppad_ipopt_demo.cpp文件
#include <iostream>
#include <cppad/ipopt/solve.hpp>
using namespace std;
namespace {
using CppAD::AD;
class FG_eval {
public:
typedef CPPAD_TESTVECTOR(AD<double>) ADvector;
void operator()(ADvector& fg, const ADvector& x)
{
assert(fg.size() == 3);
assert(x.size() == 4);
// variables
AD<double> x1 = x[0];
AD<double> x2 = x[1];
AD<double> x3 = x[2];
AD<double> x4 = x[3];
// f(x) objective function
fg[0] = x1 * x4 * (x1 + x2 + x3) + x3;
// constraints
fg[1] = x1 * x2 * x3 * x4;
fg[2] = x1 * x1 + x2 * x2 + x3 * x3 + x4 * x4;
return;
}
};
}
bool get_started(void)
{
bool ok = true;
size_t i;
typedef CPPAD_TESTVECTOR(double) Dvector;
size_t nx = 4; // number of varibles
size_t ng = 2; // number of constraints
Dvector x0(nx); // initial condition of varibles
x0[0] = 1.0;
x0[1] = 5.0;
x0[2] = 5.0;
x0[3] = 1.0;
// lower and upper bounds for varibles
Dvector xl(nx), xu(nx);
for(i = 0; i < nx; i++)
{
xl[i] = 1.0;
xu[i] = 5.0;
}
Dvector gl(ng), gu(ng);
gl[0] = 25.0; gu[0] = 1.0e19;
gl[1] = 40.0; gu[1] = 40.0;
// object that computes objective and constraints
FG_eval fg_eval;
// options
string options;
// turn off any printing
options += "Integer print_level 0\n";
options += "String sb yes\n";
// maximum iterations
options += "Integer max_iter 10\n";
//approximate accuracy in first order necessary conditions;
// see Mathematical Programming, Volume 106, Number 1,
// Pages 25-57, Equation (6)
options += "Numeric tol 1e-6\n";
//derivative tesing
options += "String derivative_test second-order\n";
// maximum amount of random pertubation; e.g.,
// when evaluation finite diff
options += "Numeric point_perturbation_radius 0.\n";
CppAD::ipopt::solve_result<Dvector> solution; // solution
CppAD::ipopt::solve<Dvector, FG_eval>(options, x0, xl, xu, gl, gu, fg_eval, solution); // solve the problem
cout<<"solution: "<<solution.x<<endl;
//
//check some of the solution values
//
ok &= solution.status == CppAD::ipopt::solve_result<Dvector>::success;
//
double check_x[] = {1.000000, 4.743000, 3.82115, 1.379408};
double check_zl[] = {1.087871, 0., 0., 0. };
double check_zu[] = {0., 0., 0., 0. };
double rel_tol = 1e-6; // relative tolerance
double abs_tol = 1e-6; // absolute tolerance
for(i = 0; i < nx; i++)
{
ok &= CppAD::NearEqual(
check_x[i], solution.x[i], rel_tol, abs_tol);
ok &= CppAD::NearEqual(
check_zl[i], solution.zl[i], rel_tol, abs_tol);
ok &= CppAD::NearEqual(
check_zu[i], solution.zu[i], rel_tol, abs_tol);
}
return ok;
}
int main()
{
cout << "CppAD : Hello World Demo!" << endl;
get_started();
return 0;
}
CMakeLists.txt文件
cmake_minimum_required(VERSION 3.21)
project(testCPP)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 14)
add_executable(cppad_ipopt_demo cppad_ipopt_demo.cpp)
target_link_libraries(cppad_ipopt_demo ipopt)
在该项目目录内执行
mkdir build
cd build
cmake ../
make
./cppad_ipopt_demo
若输出如下信息，则说明Ipopt与CppAD安装成功。
这里需要注意的是，CMakeLists.txt文件需要加入target_link_libraries(cppad_ipopt_demo ipopt)链接，否则会报如下错误：
Undefined reference to `Ipopt::IpoptApplication::IpoptApplication(bool, bool)'
若编译后报错：
fatal error: coin/IpIpoptApplication.hpp: No such file or directorycompilation terminated.
这是由缺少coin_or库引起的，可以执行以下命令安装
sudo apt install coinor-libipopt-dev
以上所有代码存于github仓库。