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我试图重现 K. Renee Fister 和 Jennifer Hughes Donnelly 于 2005 年发表的论文“免疫疗法:最佳控制理论方法”的图 1 中的结果。为此,我使用 Python 的 GEKKO 编写了一个数值最优控制求解器包裹。我使用了与论文中相同的初始条件、控制界限、参数值和模型方程。但是,当我运行代码时,出现以下错误:
Traceback (most recent call last):
File "xxxxxx", line 45, in <module>
m.solve(disp=False) #solve
File "xxxx", line 783, in solve
raise Exception(response)
Exception: @error: Solution Not Found
from gekko import GEKKO
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
m = GEKKO()
nt = 1010
m.time = np.linspace(0,350,nt)
# Variables
X = m.Var(value=1)
Y = m.Var(value=1)
Z = m.Var(value=1)
OF = m.Var(value=0)
v = m.Var(value=0,lb=0,ub=1) #Control is initially 0 with a lower bound of 0 and an upper bound of 1
p = np.zeros(nt) #mark final time point
p[-1] = 1.0 #all zeros except the end, which is 1
final = m.Param(value=p) #final depends on integration limits
#Parameter Values
c = .000085
mu2 = .03
p1 = .1245
a = 1
r2 = .18
mu3 = 10
p2 = 5
g1 = 20000000 #2e7
g2 = 100000 #1e5
g3 = 1000 #1e3
b = 1*10**(-9)
s2 = 100000000
B = 100000000
# Equations
m.Equation(X.dt() == c*Y-mu2*X+(p1*X*Z)/(g1+Z))
m.Equation(Y.dt() == r2*Y*(1-b*Y)-(a*X*Y)/(g2+Y))
m.Equation(Z.dt() == (p2*X*Y)/(g3+Y)-mu3*Z+v*s2)
m.Equation(OF.dt() == X-Y+Z-B*v)
m.Obj(-OF*final)
m.options.IMODE = 6 #optimal control mode
m.solve(disp=False) #solve
plt.figure(figsize=(4,3)) #plot results
plt.subplot(2,1,1)
plt.plot(m.time,X.value,'k-',label=r'$S$')
plt.plot(m.time,Y.value,'b-',label=r'$R$')
plt.plot(m.time,Z.value,'g-',label=r'$E$')
plt.plot(m.time,OF.value,'r-',label=r'$OF$')
plt.legend()
plt.ylabel('CV')
plt.subplot(2,1,2)
plt.plot(m.time,v.value,'g--',label=r'$v$')
plt.legend()
plt.xlabel('Time')
plt.ylabel('Value')
plt.show()
最佳答案
当求解器无法找到解决方案并报告“未找到解决方案”时,有一种故障排除方法可以诊断问题。首先要做的是查看求解器输出 m.solve(disp=True)
.求解器可能已经确定了一个不可行的问题,或者它在没有收敛到解决方案的情况下达到了最大迭代次数。
不可行问题
如果求解器因为方程不可行而失败,那么它发现变量和方程的组合是不可解的。您可以尝试放宽变量边界或使用 infeasibilities.txt
确定哪个方程不可行运行目录下的文件。检索 infeasibilities.txt
您可以使用 m.open_folder()
查看的本地运行目录中的文件当m=GEKKO(remote=False)
.
最大迭代限制
如果求解器达到默认迭代限制 ( m.options.MAX_ITER=250
),那么您可以尝试增加此限制或尝试以下策略。
m.options.SOLVER=1
尝试不同的求解器APOT,m.options.SOLVER=2
BPOPT, m.options.SOLVER=3
为IPOPT,或m.options.SOLVER=0
尝试所有可用的求解器。 m.options.COLDSTART=1
(为所有 FV 和 MV 设置 STATUS=0)或 m.options.COLDSTART=2
(设置 STATUS=0 并执行块对角三角分解以找到可能的不可行方程)。 import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from gekko import GEKKO
m = GEKKO(remote=False)
nt = 101; m.time = np.linspace(0,2,nt)
x = m.Var(value=1)
u = m.MV(value=0,lb=-1,ub=1); u.STATUS=1
p = np.zeros(nt); p[-1] = 1.0; final = m.Param(value=p)
m.Equation(x.dt()==u)
m.Minimize(m.integral(0.5*x**2)*final)
m.options.IMODE = 6; m.solve()
plt.figure(1)
plt.plot(m.time,x.value,'k-',lw=2,label='x')
plt.plot(m.time,u.value,'r--',lw=2,label='u')
plt.legend(); plt.xlabel('Time'); plt.ylabel('Value')
plt.show()
m.solve()
来初始化具有以下内容:
# initialize to get a feasible solution
m.options.COLDSTART=2
m.solve()
# optimize, preserving the initial conditions (TIME_SHIFT=0)
m.options.TIME_SHIFT=0
m.options.COLDSTART=0
m.solve()
文章中也更详细地描述了初始化策略:
关于python - 如何修复 Python GEKKO 最优控制代码中的 "Solution Not Found"错误,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/56942615/
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