Run a benchmark with OptimizationProblems.jl
In this more advanced tutorial, we use the problems from OptimizationProblems to run a benchmark for unconstrained problems. The tutorial will use:
- JSOSolvers: This package provides optimization solvers in pure Julia for unconstrained and bound-constrained optimization.
- NLPModelsJuMP: This package convert JuMP model in
NLPModelformat. - SolverBenchmark: This package provides general tools for benchmarking solvers.
using JSOSolvers, NLPModels, NLPModelsJuMP, OptimizationProblems, SolverBenchmark
using OptimizationProblems.PureJuMPWe select the problems from PureJuMP submodule of OptimizationProblems converted in NLPModels using NLPModelsJuMP.
problems = (MathOptNLPModel(OptimizationProblems.PureJuMP.eval(Meta.parse(problem))(), name=problem) for problem ∈ OptimizationProblems.meta[!, :name])Base.Generator{Vector{String}, Main.var"#1#2"}(Main.var"#1#2"(), ["AMPGO02", "AMPGO03", "AMPGO04", "AMPGO05", "AMPGO06", "AMPGO07", "AMPGO08", "AMPGO09", "AMPGO10", "AMPGO11" … "triangle", "triangle_deer", "triangle_pacman", "triangle_turtle", "tridia", "vardim", "vibrbeam", "watson", "woods", "zangwil3"])The same can be achieved using OptimizationProblems.ADNLPProblems instead of OptimizationProblems.PureJuMP as follows:
using ADNLPModels
using OptimizationProblems.ADNLPProblems
ad_problems = (OptimizationProblems.ADNLPProblems.eval(Meta.parse(problem))() for problem ∈ OptimizationProblems.meta[!, :name])Base.Generator{Vector{String}, Main.var"#3#4"}(Main.var"#3#4"(), ["AMPGO02", "AMPGO03", "AMPGO04", "AMPGO05", "AMPGO06", "AMPGO07", "AMPGO08", "AMPGO09", "AMPGO10", "AMPGO11" … "triangle", "triangle_deer", "triangle_pacman", "triangle_turtle", "tridia", "vardim", "vibrbeam", "watson", "woods", "zangwil3"])We also define a dictionary of solvers that will be used for our benchmark. We consider here JSOSolvers.lbfgs and JSOSolvers.trunk.
solvers = Dict(
:lbfgs => model -> lbfgs(model, mem=5, atol=1e-5, rtol=0.0),
:trunk => model -> trunk(model, atol=1e-5, rtol=0.0),
)Dict{Symbol, Function} with 2 entries:
:trunk => #6
:lbfgs => #5The function SolverBenchmark.bmak_solvers will run all the problems on the specified solvers and store the results in a DataFrame. At this stage, we discard the problems that have constraints or bounds using !unconstrained(prob), and those that are too large or too small with get_nvar(prob) > 100 || get_nvar(prob) < 5.
stats = bmark_solvers(
solvers, problems,
skipif=prob -> (!unconstrained(prob) || get_nvar(prob) > 100 || get_nvar(prob) < 5),
)Dict{Symbol, DataFrames.DataFrame} with 2 entries:
:trunk => 105×40 DataFrame…
:lbfgs => 105×40 DataFrame…We can explore the results solver by solver in stats[:lbfgs] and stats[:trunk], or get a profile wall using SolverBenchmark.profile_solvers.
cols = [:id, :name, :nvar, :objective, :dual_feas, :neval_obj, :neval_grad, :neval_hess, :iter, :elapsed_time, :status]
header = Dict(
:nvar => "n",
:objective => "f(x)",
:dual_feas => "‖∇f(x)‖",
:neval_obj => "# f",
:neval_grad => "# ∇f",
:neval_hess => "# ∇²f",
:elapsed_time => "t",
)
for solver ∈ keys(solvers)
pretty_stats(stats[solver][!, cols], hdr_override=header)
end┌────────┬──────────────┬────────┬───────────┬───────────┬────────┬────────┬────────┬────────┬───────────┬─────────────┐
│ id │ name │ n │ f(x) │ ‖∇f(x)‖ │ # f │ # ∇f │ # ∇²f │ iter │ t │ status │
├────────┼──────────────┼────────┼───────────┼───────────┼────────┼────────┼────────┼────────┼───────────┼─────────────┤
│ 25 │ NZF1 │ 91 │ 2.09e+04 │ 4.16e-07 │ 9 │ 9 │ 0 │ 8 │ 5.95e-01 │ first_order │
│ 38 │ arglina │ 100 │ 5.00e+01 │ 7.40e-15 │ 6 │ 6 │ 0 │ 5 │ 1.09e-01 │ first_order │
│ 39 │ arglinb │ 100 │ 2.49e+01 │ 3.20e-03 │ 468257 │ 468083 │ 0 │ 468074 │ 3.00e+01 │ max_time │
│ 40 │ arglinc │ 100 │ 5.12e+01 │ 3.85e-03 │ 264556 │ 264489 │ 0 │ 264167 │ 2.01e+01 │ not_desc │
│ 41 │ argtrig │ 100 │ -9.90e+03 │ 7.50e-06 │ 38 │ 26 │ 0 │ 25 │ 3.41e-03 │ first_order │
│ 42 │ arwhead │ 100 │ 0.00e+00 │ 1.04e-06 │ 6 │ 6 │ 0 │ 5 │ 3.49e-04 │ first_order │
│ 45 │ bdqrtic │ 100 │ 1.89e+02 │ 4.99e-06 │ 13 │ 13 │ 0 │ 12 │ 3.70e-03 │ first_order │
│ 50 │ biggs6 │ 6 │ -3.91e+19 │ 5.08e+19 │ 8 │ 8 │ 0 │ 7 │ 1.51e-04 │ unbounded │
│ 55 │ brownal │ 100 │ -5.16e-08 │ 9.17e-07 │ 3 │ 3 │ 0 │ 2 │ 1.65e-03 │ first_order │
│ 58 │ broyden3d │ 100 │ 2.13e-13 │ 3.57e-06 │ 7 │ 7 │ 0 │ 6 │ 8.84e-04 │ first_order │
│ 59 │ broydn7d │ 100 │ 3.95e+01 │ 8.85e-06 │ 64 │ 23 │ 0 │ 22 │ 3.30e-02 │ first_order │
│ 60 │ brybnd │ 100 │ 3.08e-13 │ 4.90e-06 │ 9 │ 9 │ 0 │ 8 │ 1.67e-03 │ first_order │
│ 65 │ chainwoo │ 100 │ 1.11e+02 │ 7.18e-06 │ 138 │ 63 │ 0 │ 66 │ 8.14e-02 │ first_order │
│ 67 │ chnrosnb_mod │ 100 │ 5.03e-13 │ 9.34e-06 │ 187 │ 95 │ 0 │ 96 │ 4.35e-02 │ first_order │
│ 72 │ clplatea │ 100 │ -9.15e-03 │ 7.56e-06 │ 6 │ 6 │ 0 │ 5 │ 3.57e-03 │ first_order │
│ 73 │ clplateb │ 100 │ -6.20e-03 │ 9.70e-06 │ 4 │ 4 │ 0 │ 3 │ 3.09e-03 │ first_order │
│ 74 │ clplatec │ 100 │ -5.11e-03 │ 8.28e-06 │ 5 │ 5 │ 0 │ 4 │ 9.46e-03 │ first_order │
│ 76 │ cosine │ 100 │ -9.90e+01 │ 9.12e-06 │ 10 │ 10 │ 0 │ 9 │ 4.58e-04 │ first_order │
│ 77 │ cragglvy │ 100 │ 3.23e+01 │ 7.75e-06 │ 16 │ 16 │ 0 │ 15 │ 6.62e-03 │ first_order │
│ 78 │ cragglvy2 │ 100 │ 2.52e+01 │ 6.43e-06 │ 18 │ 18 │ 0 │ 17 │ 8.06e-03 │ first_order │
│ 79 │ curly │ 100 │ -1.00e+04 │ 8.83e-06 │ 18 │ 15 │ 0 │ 14 │ 1.78e-01 │ first_order │
│ 80 │ curly10 │ 100 │ -1.00e+04 │ 8.83e-06 │ 18 │ 15 │ 0 │ 14 │ 1.80e-01 │ first_order │
│ 81 │ curly20 │ 100 │ -1.00e+04 │ 9.71e-06 │ 18 │ 14 │ 0 │ 13 │ 4.59e-01 │ first_order │
│ 82 │ curly30 │ 100 │ -1.00e+04 │ 8.37e-06 │ 29 │ 15 │ 0 │ 14 │ 8.73e-01 │ first_order │
│ 84 │ dixmaane │ 99 │ 1.00e+00 │ 8.12e-06 │ 39 │ 16 │ 0 │ 15 │ 4.08e-03 │ first_order │
│ 85 │ dixmaanf │ 99 │ 1.00e+00 │ 9.59e-06 │ 11 │ 11 │ 0 │ 10 │ 2.59e-03 │ first_order │
│ 86 │ dixmaang │ 99 │ 1.00e+00 │ 9.88e-06 │ 43 │ 15 │ 0 │ 16 │ 4.26e-03 │ first_order │
│ 87 │ dixmaanh │ 99 │ 1.00e+00 │ 7.74e-06 │ 37 │ 15 │ 0 │ 16 │ 3.79e-03 │ first_order │
│ 88 │ dixmaani │ 99 │ 1.00e+00 │ 9.09e-06 │ 15 │ 13 │ 0 │ 12 │ 1.02e-02 │ first_order │
│ 89 │ dixmaanj │ 99 │ 1.00e+00 │ 8.98e-06 │ 40 │ 18 │ 0 │ 19 │ 1.23e-02 │ first_order │
│ 90 │ dixmaank │ 99 │ 1.00e+00 │ 9.61e-06 │ 37 │ 15 │ 0 │ 16 │ 9.69e-03 │ first_order │
│ 91 │ dixmaanl │ 99 │ 1.00e+00 │ 9.76e-06 │ 56 │ 18 │ 0 │ 19 │ 1.16e-02 │ first_order │
│ 92 │ dixmaanm │ 99 │ 1.00e+00 │ 9.18e-06 │ 10 │ 10 │ 0 │ 9 │ 8.81e-03 │ first_order │
│ 93 │ dixmaann │ 99 │ 1.00e+00 │ 7.67e-06 │ 43 │ 20 │ 0 │ 21 │ 1.79e-02 │ first_order │
│ 94 │ dixmaano │ 99 │ 1.00e+00 │ 6.84e-06 │ 39 │ 17 │ 0 │ 18 │ 1.37e-02 │ first_order │
│ 95 │ dixmaanp │ 99 │ 1.00e+00 │ 9.35e-06 │ 39 │ 17 │ 0 │ 18 │ 1.29e-02 │ first_order │
│ 96 │ dixon3dq │ 100 │ 3.83e-10 │ 9.84e-06 │ 10 │ 10 │ 0 │ 9 │ 1.80e-04 │ first_order │
│ 97 │ dqdrtic │ 100 │ 1.37e-14 │ 9.42e-07 │ 6 │ 6 │ 0 │ 5 │ 4.79e-05 │ first_order │
│ 98 │ dqrtic │ 100 │ 8.30e-08 │ 6.24e-06 │ 25 │ 25 │ 0 │ 24 │ 7.90e-04 │ first_order │
│ 100 │ edensch │ 100 │ 6.03e+02 │ 4.70e-06 │ 9 │ 9 │ 0 │ 8 │ 1.09e-03 │ first_order │
│ 101 │ eg2 │ 100 │ -9.89e+01 │ 1.42e-09 │ 4 │ 4 │ 0 │ 3 │ 1.46e-04 │ first_order │
│ 103 │ engval1 │ 100 │ 1.09e+02 │ 4.98e-06 │ 10 │ 10 │ 0 │ 9 │ 8.22e-04 │ first_order │
│ 104 │ enso │ 9 │ 3.94e+02 │ 9.19e-06 │ 39 │ 17 │ 0 │ 18 │ 1.26e-02 │ first_order │
│ 105 │ errinros_mod │ 100 │ 3.88e+01 │ 8.68e-06 │ 121 │ 78 │ 0 │ 79 │ 2.03e-02 │ first_order │
│ 106 │ extrosnb │ 100 │ 1.99e-06 │ 9.61e-06 │ 924 │ 251 │ 0 │ 250 │ 5.59e-02 │ first_order │
│ 107 │ fletcbv2 │ 100 │ -5.14e-01 │ 8.49e-06 │ 5 │ 5 │ 0 │ 4 │ 2.62e-03 │ first_order │
│ 108 │ fletcbv3_mod │ 100 │ -2.04e+00 │ 3.49e-06 │ 173 │ 60 │ 0 │ 61 │ 9.34e-03 │ first_order │
│ 109 │ fletchcr │ 100 │ 6.61e-12 │ 8.26e-06 │ 99 │ 77 │ 0 │ 78 │ 1.21e-02 │ first_order │
│ 110 │ fminsrf2 │ 100 │ 1.00e+02 │ 7.59e-06 │ 190 │ 45 │ 0 │ 46 │ 1.55e-02 │ first_order │
│ 111 │ freuroth │ 100 │ 5.94e+03 │ 2.30e-06 │ 48 │ 16 │ 0 │ 17 │ 4.16e-03 │ first_order │
│ 112 │ gauss1 │ 8 │ 6.58e+02 │ 9.67e-06 │ 12 │ 12 │ 0 │ 11 │ 1.10e-02 │ first_order │
│ 113 │ gauss2 │ 8 │ 6.24e+02 │ 7.74e-06 │ 14 │ 14 │ 0 │ 13 │ 1.31e-02 │ first_order │
│ 114 │ gauss3 │ 8 │ 6.22e+02 │ 3.26e-05 │ 349 │ 607 │ 0 │ 310 │ 1.73e-02 │ not_desc │
│ 116 │ genhumps │ 100 │ 1.59e-11 │ 2.36e-06 │ 10878 │ 2906 │ 0 │ 2917 │ 8.53e-01 │ first_order │
│ 117 │ genrose │ 100 │ 1.00e+00 │ 6.62e-06 │ 159 │ 60 │ 0 │ 61 │ 1.32e-02 │ first_order │
│ 118 │ genrose_nash │ 100 │ 1.00e+00 │ 4.93e-06 │ 195 │ 66 │ 0 │ 67 │ 1.48e-02 │ first_order │
│ 120 │ hahn1 │ 7 │ 7.66e-01 │ 3.65e-06 │ 234 │ 118 │ 0 │ 127 │ 8.86e-02 │ first_order │
│ 287 │ indef_mod │ 100 │ -9.97e+03 │ 8.93e-06 │ 239 │ 213 │ 0 │ 214 │ 2.43e-02 │ first_order │
│ 288 │ integreq │ 100 │ 4.47e-13 │ 9.84e-07 │ 4 │ 4 │ 0 │ 3 │ 1.62e-02 │ first_order │
│ 290 │ kirby2 │ 5 │ 1.95e+00 │ 1.16e-05 │ 344 │ 622 │ 0 │ 324 │ 5.41e-03 │ not_desc │
│ 292 │ lanczos1 │ 6 │ 1.05e-06 │ 6.96e-06 │ 118 │ 37 │ 0 │ 38 │ 2.69e-03 │ first_order │
│ 293 │ lanczos2 │ 6 │ 9.83e-07 │ 9.41e-06 │ 121 │ 35 │ 0 │ 36 │ 2.66e-03 │ first_order │
│ 294 │ lanczos3 │ 6 │ 1.16e-06 │ 7.97e-06 │ 120 │ 38 │ 0 │ 39 │ 2.78e-03 │ first_order │
│ 295 │ liarwhd │ 100 │ 1.41e-13 │ 7.82e-06 │ 11 │ 11 │ 0 │ 10 │ 1.08e-03 │ first_order │
│ 303 │ mgh17 │ 5 │ 5.52e-02 │ 1.56e-06 │ 31 │ 8 │ 0 │ 9 │ 2.97e-04 │ first_order │
│ 308 │ morebv │ 100 │ 1.85e-06 │ 8.80e-06 │ 14 │ 14 │ 0 │ 13 │ 5.14e-02 │ first_order │
│ 310 │ ncb20 │ 100 │ 1.64e+02 │ 9.87e-06 │ 86 │ 21 │ 0 │ 20 │ 6.66e-02 │ first_order │
│ 311 │ ncb20b │ 100 │ 1.97e+02 │ 8.91e-06 │ 39 │ 15 │ 0 │ 16 │ 1.67e-01 │ first_order │
│ 313 │ noncvxu2 │ 100 │ 2.34e+02 │ 7.95e-06 │ 138 │ 36 │ 0 │ 37 │ 2.52e-02 │ first_order │
│ 314 │ noncvxun │ 100 │ 2.35e+02 │ 8.12e-06 │ 158 │ 36 │ 0 │ 37 │ 1.85e-02 │ first_order │
│ 315 │ nondia │ 100 │ 1.05e-13 │ 1.28e-07 │ 12 │ 9 │ 0 │ 8 │ 3.52e-04 │ first_order │
│ 316 │ nondquar │ 100 │ 2.23e-06 │ 6.74e-06 │ 93 │ 33 │ 0 │ 32 │ 8.45e-03 │ first_order │
│ 317 │ osborne1 │ 5 │ 2.82e-05 │ 9.44e-06 │ 171 │ 53 │ 0 │ 55 │ 4.20e-03 │ first_order │
│ 318 │ osborne2 │ 11 │ 2.01e-02 │ 5.36e-06 │ 26 │ 19 │ 0 │ 18 │ 1.01e-02 │ first_order │
│ 319 │ palmer1c │ 8 │ 4.88e-02 │ 6.40e-06 │ 15 │ 10 │ 0 │ 9 │ 6.51e-05 │ first_order │
│ 320 │ palmer1d │ 7 │ 3.26e-01 │ 2.24e-08 │ 7 │ 7 │ 0 │ 6 │ 4.89e-05 │ first_order │
│ 321 │ palmer2c │ 8 │ 7.21e-03 │ 4.85e-06 │ 7 │ 7 │ 0 │ 6 │ 5.41e-05 │ first_order │
│ 322 │ palmer3c │ 8 │ 9.77e-03 │ 7.91e-06 │ 7 │ 7 │ 0 │ 6 │ 5.39e-05 │ first_order │
│ 323 │ palmer4c │ 8 │ 2.85e-02 │ 1.10e-08 │ 11 │ 11 │ 0 │ 10 │ 9.11e-05 │ first_order │
│ 324 │ palmer5c │ 6 │ 1.06e+00 │ 9.22e-07 │ 7 │ 7 │ 0 │ 6 │ 4.70e-05 │ first_order │
│ 326 │ palmer6c │ 8 │ 8.19e-03 │ 4.90e-09 │ 9 │ 9 │ 0 │ 8 │ 6.10e-05 │ first_order │
│ 327 │ palmer7c │ 8 │ 3.01e-01 │ 4.89e-06 │ 16 │ 15 │ 0 │ 14 │ 8.39e-05 │ first_order │
│ 328 │ palmer8c │ 8 │ 7.99e-02 │ 7.53e-06 │ 11 │ 11 │ 0 │ 10 │ 6.70e-05 │ first_order │
│ 329 │ penalty1 │ 100 │ 4.51e-04 │ 9.69e-06 │ 54 │ 32 │ 0 │ 31 │ 1.58e-03 │ first_order │
│ 330 │ penalty2 │ 100 │ 9.71e+04 │ 8.67e-06 │ 19 │ 19 │ 0 │ 18 │ 5.83e-03 │ first_order │
│ 331 │ penalty3 │ 100 │ 5.91e+06 │ 2.56e+13 │ 877418 │ 79806 │ 0 │ 79813 │ 3.00e+01 │ max_time │
│ 337 │ powellsg │ 100 │ 6.13e-08 │ 8.57e-06 │ 18 │ 18 │ 0 │ 17 │ 1.35e-03 │ first_order │
│ 338 │ power │ 100 │ 1.50e-08 │ 7.99e-06 │ 24 │ 24 │ 0 │ 23 │ 1.32e-03 │ first_order │
│ 339 │ quartc │ 100 │ 8.30e-08 │ 6.24e-06 │ 25 │ 25 │ 0 │ 24 │ 8.15e-04 │ first_order │
│ 345 │ sbrybnd │ 100 │ 1.34e+00 │ 9.27e-06 │ 1765 │ 1721 │ 0 │ 1724 │ 2.58e+01 │ first_order │
│ 346 │ schmvett │ 100 │ -2.94e+02 │ 8.24e-06 │ 14 │ 12 │ 0 │ 11 │ 3.37e-03 │ first_order │
│ 347 │ scosine │ 100 │ -9.90e+01 │ 9.25e-06 │ 434 │ 266 │ 0 │ 279 │ 5.08e-01 │ first_order │
│ 348 │ sinquad │ 100 │ 6.16e-07 │ 8.07e-06 │ 65 │ 33 │ 0 │ 34 │ 3.92e-03 │ first_order │
│ 349 │ sparsine │ 100 │ 2.11e-12 │ 8.42e-06 │ 81 │ 33 │ 0 │ 34 │ 3.80e-02 │ first_order │
│ 350 │ sparsqur │ 100 │ 1.77e-08 │ 6.42e-06 │ 17 │ 17 │ 0 │ 16 │ 2.90e-03 │ first_order │
│ 351 │ spmsrtls │ 100 │ 8.17e-11 │ 9.01e-06 │ 13 │ 13 │ 0 │ 12 │ 3.28e-03 │ first_order │
│ 352 │ srosenbr │ 100 │ 3.06e-15 │ 2.47e-06 │ 60 │ 26 │ 0 │ 27 │ 1.41e-03 │ first_order │
│ 362 │ thurber │ 7 │ 2.82e+03 │ 6.94e-06 │ 59 │ 42 │ 0 │ 41 │ 3.89e-03 │ first_order │
│ 363 │ tointgss │ 100 │ 9.71e+00 │ 8.20e-06 │ 35 │ 13 │ 0 │ 14 │ 2.54e-03 │ first_order │
│ 364 │ tquartic │ 100 │ 4.90e-12 │ 3.14e-07 │ 15 │ 13 │ 0 │ 12 │ 7.10e-04 │ first_order │
│ 369 │ tridia │ 100 │ 1.36e-13 │ 8.96e-06 │ 8 │ 8 │ 0 │ 7 │ 1.44e-04 │ first_order │
│ 370 │ vardim │ 100 │ 3.73e-09 │ 0.00e+00 │ 26 │ 26 │ 0 │ 25 │ 1.79e-02 │ first_order │
│ 371 │ vibrbeam │ 8 │ 7.82e-02 │ 3.74e-06 │ 33 │ 32 │ 0 │ 31 │ 2.59e-03 │ first_order │
│ 372 │ watson │ 31 │ -5.94e+64 │ 6.31e+65 │ 2 │ 2 │ 0 │ 1 │ 4.88e-03 │ unbounded │
│ 373 │ woods │ 100 │ 3.08e-13 │ 1.62e-06 │ 84 │ 41 │ 0 │ 42 │ 7.39e-03 │ first_order │
└────────┴──────────────┴────────┴───────────┴───────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴───────────┴─────────────┘
┌────────┬──────────────┬────────┬───────────┬───────────┬───────────┬─────────┬────────┬─────────┬───────────┬─────────────┐
│ id │ name │ n │ f(x) │ ‖∇f(x)‖ │ # f │ # ∇f │ # ∇²f │ iter │ t │ status │
├────────┼──────────────┼────────┼───────────┼───────────┼───────────┼─────────┼────────┼─────────┼───────────┼─────────────┤
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costs = [
df -> .!solved(df) .* Inf .+ df.elapsed_time,
df -> .!solved(df) .* Inf .+ df.neval_obj .+ df.neval_grad .+ df.neval_hess,
]
using Plots
gr()
profile_solvers(stats, costs, costnames)
It is also possible to select problems when initializing the problem list by filtering OptimizationProblems.meta:
meta = OptimizationProblems.meta
problem_list = meta[(meta.ncon .== 0) .& .!meta.has_bounds .& (5 .<= meta.nvar .<= 100), :name]
problems = (MathOptNLPModel(eval(Meta.parse(problem))(), name=problem) for problem ∈ problem_list)