SeDuMi / YALMIP

SeDuMi とは？

　SeDuMi (Self-Dual-Minimisation Package) は Jos F. Sturm により開発されたフリーウェアの SDP ソルバ (LMI ソルバ) であり，MATLAB で利用可能です．本書では

で利用します．ちなみに，「せでゅみ」と発音します．SeDuMi についての詳細は文献

Jos F. Sturm: Using SeDuMi 1.02, a MATLAB Toolbox for Optimization over Symmetric Cones, Optimization Methods and Software, Vol. 11-12, No. 1, pp. 625-653 (1999)

やユーザーズガイド

SeDuMi 1.1 user's guide

SeDuMi 1.05 R5 user's guide

を参照してください．2023/04/28 時点の最新バージョン (SeDuMi Ver. 1.3.2) は

https://github.com/sqlp/sedumi/archive/master.zip

からダウンロードできます．

　本書では SeDuMi を利用していますが，MATLAB 標準の SDP ソルバである LMILAB を使用することも可能です．LMILAB は Robust Control Toolbox に含まれています．両者の比較は以下のとおりです．

● 　SeDuMi　

利点

実行速度が速い

無償である (Robust Control Toolbox は不要 …… 購入しなくて良い)

欠点

信頼性がやや低い

● 　LMILAB　

利点

信頼性が高い

欠点

実行速度がやや遅い

Robust Control Toolbox を購入する必要がある

その他の SDP ソルバとしては，SDPT3 や SDPA というのもあります．

YALMIP とは？

　YALMIP (Yet Another LMI Parser) は Johan Lofberg に より開発されたフリーウェアの LMI パーサであり，本書では

で利用します．ちなみに，「やるみっぷ」と発音します．パーサ (parser) という言葉は聞き慣れないかもしれませんが，要は，MATLAB での LMI の記述を簡単にしてくれるプログラムのことです．YALMIP を使わないと，MATLAB での LMI の記述がかなり大変な作業となってしまいます！

　YALMIP に関する 情報は開発者 (Johan Lofberg) の Web ページ

https://yalmip.github.io/

もしくは文献

Johan Lofberg: YALMIP: A Toolbox for Modeling and Optimization in MATLAB, IEEE International Symposium on Computer Aided Control Systems Design, pp. 284-289 (2004)

を参照してください．最新バージョンは

https://github.com/yalmip/YALMIP/archive/master.zip

からダウンロードできます．

SeDuMi / YALMIP のインストール

　配布ファイルを使用するための準備にインストール手順が記述されています．

SeDuMi / YALMIP の使用例

　安定性を上述の (b) 式により判別する例は

を参照してください．

　sample1_yalmip.m の実行結果　

>> sample1_yalmip

A =

     0     1

   -10    -2

SeDuMi 1.3.5 by AdvOL, 2005-2008 and Jos F. Sturm, 1998-2003.

Alg = 2: xz-corrector, theta = 0.250, beta = 0.500

eqs m = 3, order n = 5, dim = 9, blocks = 3

nnz(A) = 9 + 0, nnz(ADA) = 9, nnz(L) = 6

 it :     b*y       gap    delta  rate   t/tP*  t/tD*   feas cg cg  prec

  0 :            1.52E+02 0.000

  1 :   0.00E+00 3.58E+01 0.000 0.2354 0.9000 0.9000   0.16  1  1  2.0E+01

  2 :   0.00E+00 8.34E+00 0.000 0.2329 0.9000 0.9000   0.02  1  1  7.2E+00

  3 :   0.00E+00 3.92E-02 0.000 0.0047 0.9990 0.9990   0.79  1  1  3.7E-02

  4 :   0.00E+00 2.36E-03 0.000 0.0602 0.9900 0.9900   1.00  1  1  2.2E-03

  5 :   0.00E+00 1.41E-04 0.000 0.0600 0.9900 0.9900   1.00  1  1  1.3E-04

  6 :   0.00E+00 8.46E-06 0.000 0.0598 0.9900 0.9900   1.00  1  1  8.0E-06

  7 :   0.00E+00 5.05E-07 0.000 0.0596 0.9900 0.9900   1.00  1  1  4.8E-07

  8 :   0.00E+00 3.00E-08 0.000 0.0594 0.9900 0.9900   1.00  1  1  2.8E-08

  9 :   0.00E+00 1.78E-09 0.000 0.0592 0.9900 0.9900   1.00  1  1  1.7E-09

 10 :   0.00E+00 1.05E-10 0.000 0.0591 0.9900 0.9900   1.00  1  1  1.0E-10


iter seconds digits       c*x               b*y

 10      0.0   Inf -6.9680378335e-12  0.0000000000e+00

|Ax-b| =   4.8e-11, [Ay-c]_+ =   0.0E+00, |x|=  6.0e-12, |y|=  2.0e+01


Detailed timing (sec)

   Pre          IPM          Post

6.400E-02    1.500E-02    1.100E-02    

Max-norms: ||b||=0, ||c|| = 1.000001e+00,

Cholesky |add|=0, |skip| = 0, ||L.L|| = 7.75404.

sol = 

  フィールドをもつ struct:


    yalmipversion: '20210331'

    matlabversion: '9.14.0.2206163 (R2023a)'

       yalmiptime: 0.5112

       solvertime: 0.0948

             info: 'Successfully solved (SeDuMi-1.3)'

          problem: 0

eigen_A =

  -1.0000 + 3.0000i

  -1.0000 - 3.0000i

P_feas =

   19.6857    0.3742

    0.3742    2.1125

-----------------------------------------------

M1 の固有値：M1 > 0 なら  M1 の固有値はすべて正

-----------------------------------------------

ans =

    1.1045

   18.6937

-----------------------------------------------

-M2 の固有値：M2 < 0 なら -M2 の固有値はすべて正

-----------------------------------------------

ans =

    5.4027

    9.783

　sample2_yalmip.m の実行結果　

>> sample2_yalmip

A =

     0     1

    10    -2

SeDuMi 1.3.5 by AdvOL, 2005-2008 and Jos F. Sturm, 1998-2003.

Alg = 2: xz-corrector, theta = 0.250, beta = 0.500

eqs m = 3, order n = 5, dim = 9, blocks = 3

nnz(A) = 9 + 0, nnz(ADA) = 9, nnz(L) = 6

 it :     b*y       gap    delta  rate   t/tP*  t/tD*   feas cg cg  prec

  0 :            4.42E+02 0.000

  1 :   0.00E+00 8.05E+01 0.000 0.1822 0.9000 0.9000   1.00  1  1  8.4E+00

  2 :   0.00E+00 1.73E+01 0.000 0.2143 0.9000 0.9000   1.00  1  1  1.8E+00

  3 :   0.00E+00 6.57E-01 0.000 0.0381 0.9900 0.9900   1.00  1  1  6.8E-02

  4 :   0.00E+00 3.54E-02 0.181 0.0539 0.9900 0.9900   1.00  1  1  3.7E-03

  5 :   0.00E+00 8.83E-03 0.322 0.2490 0.9000 0.9000   0.96  1  1  9.5E-04

  6 :   0.00E+00 2.25E-03 0.000 0.2544 0.9000 0.9000   0.84  1  1  2.7E-04

  7 :   0.00E+00 5.06E-04 0.000 0.2252 0.9000 0.9000   0.41  1  1  1.1E-04

  8 :   0.00E+00 3.85E-05 0.000 0.0761 0.9900 0.9900  -0.53  1  2  8.8E-05

  9 :   0.00E+00 2.22E-06 0.000 0.0576 0.9900 0.9900  -0.99  3  3  9.7E-05

 10 :   0.00E+00 5.42E-07 0.000 0.2443 0.9000 0.9000  -1.13  4  4  1.1E-04

 11 :   0.00E+00 1.44E-07 0.000 0.2653 0.9000 0.9000  -1.17  5  4  1.2E-04

 12 :   0.00E+00 3.82E-08 0.000 0.2657 0.9000 0.9000  -1.16  5  5  1.3E-04

 13 :   0.00E+00 9.48E-09 0.000 0.2481 0.9000 0.9000  -1.13  5  5  1.4E-04

 14 :   0.00E+00 2.13E-09 0.000 0.2247 0.9000 0.9000  -1.10  5  5  1.5E-04

Run into numerical problems.


iter seconds digits       c*x               b*y

 14      0.1   Inf -2.5643445269e+00  0.0000000000e+00

|Ax-b| =   7.6e-05, [Ay-c]_+ =   2.0E-06, |x|=  2.2e+06, |y|=  7.0e+04


Detailed timing (sec)

   Pre          IPM          Post

2.997E-03    1.500E-01    2.002E-03    

Max-norms: ||b||=0, ||c|| = 1.000000e-06,

Cholesky |add|=0, |skip| = 1, ||L.L|| = 5.36675.

sol = 

  フィールドをもつ struct:


    yalmipversion: '20210331'

    matlabversion: '9.14.0.2206163 (R2023a)'

       yalmiptime: 0.0990

       solvertime: 0.1560

             info: 'Infeasible problem (SeDuMi-1.3)'

          problem: 1

eigen_A =

    2.3166

   -4.3166