LOCAL SOLVER数学求解器两大新功能-JSON模块 、Modeler API
LOCAL SOLVER数学求解器两大新功能-JSON模块 、Modeler API
随着LocalSolver 10.0的发布，我们想要推进的一个关键特性就是将LSP程序集成到完全生产性的应用程序中。JSON模块和Modeler API都是为了方便LSP程序对内对外的数据处理而引入的。在本文中，我们将通过一些小示例来展示这些特性。如果您不熟悉LSP，我们建议您查看LOCAL SOLVER的语言参考。
让我们以示例教程中的背包LSP程序为例，了解一下这些特性是如何帮助我们的。
// 背包问题的LSP模型
function model() {
// 0-1 decisions
x[i in 0..nbItems-1] <- bool();
// weight constraint
knapsackWeight <- sum[i in 0..nbItems-1](weights[i] * x[i]);
constraint knapsackWeight <= knapsackBound;
// maximize value
knapsackValue <- sum[i in 0..nbItems-1](prices[i] * x[i]);
maximize knapsackValue;
}
JSON模块
新添加的JSON模块允许将JSON数据解析为LSP值。它可以方便地读取某个问题的输入数据，然后导出其解决方案。看看我们的程序，我们可以看到model函数需要初始化一些变量才能执行。具体来说，需要设置变量nbItems、weights、prices和knapsackBound。我们可以采用以下形式的JSON数据文件：
{
"nbItems": 5,
"weights": [5, 3, 2, 1, 3],
"prices": [10, 9, 5, 6, 3],
"knapsackBound": 10
}
由于使用了parse方法，该文件可以转换为LSP值。下面的代码将正确初始化model函数所需的变量。
use json;
function input() {
data = json.parse("data.json");
nbItems = data["nbItems"];
weights = data["weights"];
prices = data["prices"];
knapsackBound = data["knapsackBound"];
}
问题解决后，可以使用dump方法导出解决方案数据。
function output() {
out = {
"value": knapsackValue.value,
"decisions": map[i in 0..nbItems-1](x[i].value)
};
json.dump(out, "out.json");
}
有关模块和解析选项的更多信息，请查看参考引用.
Modeler API（建模器应用程序接口）
建模器API允许您与虚拟机交互，从而为LSP语言提供了动力：使用LSP编写的原型开发人员现在能够完全将它们集成到Python、java、C++和C++环境中。例如，使用这些新绑定，您可以：
?将现有LSP文件加载到模块中并执行它们。
?与模块中包含的函数和变量交互。
?将用您选择的语言开发的方法作为LSP函数公开。
因此，现在可以在Python环境中集成背包问题LSP程序。首先，我们需要实例化API的主类LSPModeler，它将使我们能够与模块(modules)、映射(maps)和函数(functions)进行交互。鉴于上述模型在一个knapsack.lsp程序中，我们可以使用以下代码片段将模块加载到modeler中：
from localsolver.modeler import *
with LSPModeler() as modeler:
knapsack_module = modeler.load_module("knapsack.lsp")
这使得包含在knapsack.lsp中的所有变量和函数可以通过背包模块对象knapsack_module获得（请参阅LSPModule参考）。它还使我们能够执行这个模块，这意味着运行model函数并启动解析过程。如前所述，我们需要预先初始化几个变量。
为整型变量如 nbItems and knapsackBound 设定数值的话，我们可以做如下操作:
# 声名一个变量名为`nbItems`并将数值设为5.
knapsack_module["nbItems"] = 5
接下来，我们需要输入重量和价格。它们都是数字的集合，所以它们应该是LSPMap类型的对象
# `weights_data` 是我们需要输入的数据.
weights_data = [5, 4, 6, 3, 1]
# `weights_map`是在LSP程序中存储数值的LSPMap对象.
weights_map = modeler.create_map()
for value in weights_data:
weights_map.append(value)
knapsack_module["weights"] = weights_map
设置好所有变量后，我们可以通过调用knapsack_module.run()执行模块. 这个方法复制了通过从命令行执行模块得到的行为，我们可以传递lsTimeLimit之类的参数。
knapsack_module.run("lsTimeLimit=10")
一旦解析过程完成，我们就可以提取解决方案数据:
# 首先，我们提取在LSP程序中创建的LSExpression
obj_expression = knapsack_module["knapsackValue"]
# 然后，我们可以使用常规的LocalSolver Python API提取目标值.
obj_value = obj_expression.value
使用建模器API，您可以从LSP中建模的简易性获益，同时仍然能够在Python、java、C++、C++应用程序中集成模型。
将所有的程序整合在一起
下面是如何将LSP模型集成到Flask web应用程序的示例。它包含一个端点，该端点将JSON数据作为输入，在LSPModule中设置正确的变量，并以JSON格式输出最终的目标值和决策。
from flask import Flask, request, jsonify
from localsolver.modeler import *
app = Flask(__name__)
def create_map(modeler, data):
map_ = modeler.create_map()
for val in data:
map_.append(val)
return map_
@app.route("/", methods=["POST"])
def index():
data = request.json
with LSPModeler() as modeler:
module = modeler.load_module("knapsack.lsp")
module["nbItems"] = data["nbItems"]
module["knapsackBound"] = data["knapsackBound"]
module["weights"] = create_map(modeler, data["weights"])
module["prices"] = create_map(modeler, data["prices"])
module.run()
return jsonify({
"value": module["knapsackValue"].value,
"decisions": [x_i.value for _, x_i in module["x"]]
})
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