Ipoptをビルドする
普段の生活で，ある関数の値が最小になるようなパラメータを求めたい，ということが稀によくあります．このようなとき，正攻法では，微分して 0 になるところを解析的に求めたり，それができなければ勾配法を使って数値解を求めたりしますが，正直面倒くさくてやりたくないです．
そういうとき，MATLAB みたいなツールがあると，関数を定義して投げるだけで，値が最小（実際は極小）になるそれっぽい数値解を求めてくれますが，普通の人はそんな高級なツールは持ってませんし，学生でも大学の計算機室に行かないと使えなかったりします．
Ipopt はそれをやってくれる C++ のライブラリで，定義されたインターフェース（仮想クラス）を継承して，いくつかのメソッドを実装するだけで，関数を最小化してくれます．しかも，Eclipse Public License なので，組み込んだプログラムの再配布もしやすく，いろいろな用途に使えます．
ただ，Ipopt を Windows でビルドするには，環境を整えたり，依存しているライブラリを入手したりするのが面倒だったり，公式ページに書いてあるとおりにやっても上手くいかなかったりと，いろいろと困難が多いです．一応，公式サイトにビルドされたバイナリ（.dll とそれを呼び出すための .lib）が公開されていますが，バージョンが古く，最新の Visual Studio からだと使えなかったりします．
ここでは，私が試行錯誤して得た Ipopt のビルド方法を紹介します．ついでにそのバイナリも配布します．
Visual Studio + Intel C++/Fortran コンパイラを使う場合
Microsoft Visual Studio 2015, Intel Parallel Studio XE 2016でビルドできることを確認した．Parallel Studio XE は学生なら無償で使用できる．
cygwin のインストール
- https://cygwin.com/install.html から setup-x86_64.exe をダウンロードし，インストールする．インストールするパッケージには，以下のものを追加する．
- Devel make（注１）
- Devel patch
- Devel pkg-config
- Devel subversion
- Archive unzip
- Web wget
- Utils dos2unix
- インストール後，cygwin 環境内の /bin/link.exe（注２）, /bin/ln.exe（注３）を適当な別の名前に変更する．
- 注１: http://www.coin-or.org/Ipopt/documentation/node15.html には，make はインストールせずに後から自分でダウンロードしろと書いてあるが，それに従うとうまくいかなかった．
- 注２: こうしないと，Visual Studio の link.exe と名前が被ってうまくいかない
- 注３: こうしておくと，cygwin のシンボリックリンクの代わりに普通にファイルがコピーされるようになる．さもないと，cygwin のシンボリックリンクを Visual Studio のリンカが解釈できずにエラーになる．
cygwin の起動
- スタートメニューから，Intel コンパイラの「VS2015 x64 Native Tools コマンド プロンプト」を開く
- > C:\cygwin64\cygwin.bat
cygwin のシェルが立ち上がると，プロンプトが $ になる．コピペは，ウィンドウのタイトルバーを右クリック > 編集 でできる．
Ipoptのダウンロード
Mumps, Metis のダウンロード（お好みで）
これらをビルドに含めた場合，Metis の使用条件により，ライブラリの使用は学術目的に限られる．これらをダウンロードしなくても，Intel MKL 内の PARDISO というライブラリが代わりに使用されるため特に問題は無いが，最小化したい関数の種類によっては，Mumps+Metis を使った方がうまくいく場合があるらしい．このほかにも，いくつかのライブラリを追加してビルドすることができるが，メールでダウンロードを申請する必要があり面倒くさそうなので私は試してない．http://www.coin-or.org/Ipopt/documentation/node6.html
ビルド
- $ ./configure -enable-doscompile=msvc
- libtool をエディタで開き，func_extract_archives () 内 *) my_xabs=`pwd`"/$my_xlib" ;;を*) my_xabs=$(cygpath -m $(pwd))"/$my_xlib" ;;に置き換える
- $ export AM_CFLAGS="-QxAVX -DHAVE_SNPRINTF" $ export AM_CXXFLAGS="-QxAVX -D__builtin_huge_val\(\)=HUGE_VAL -D__builtin_huge_valf\(\)=HUGE_VALF -D__builtin_nan=nan -D__builtin_nanf=nanf -D__builtin_nans=nan -D__builtin_nansf=nanf -IC:/cygwin64/home/idzuna/CoinIpopt/ThirdParty/Metis/metis-4.0/Lib -IC:/cygwin64/home/idzuna/CoinIpopt/ThirdParty/Mumps/MUMPS/include -IC:/cygwin64/home/idzuna/CoinIpopt/ThirdParty/Mumps/MUMPS/libseq" $ export AM_FFLAGS="-QxAVX" $ make -j 7 $ make install
-QxAVXの部分は実行する CPU に合わせて変える．なくてもよい．
C:/cygwin64/home/idzuna/の部分は環境に応じて変える．Mumps, Metis をビルドに含めない場合は，このオプションは不要．
make -j 7の7は，ビルド時に同時実行するジョブの数で，(CPU の同時実行可能なスレッド数)-1 くらいが無難．ビルド中に PC がまったく使えなくなってもいいならもっと増やしてもよい．
ライブラリ使用時の Visual Studio の設定
- ライブラリを使用したい Visual Studio プロジェクトを開き，ソリューション構成を Release に，プラットフォームを x64 にする（注１）
- プロジェクトのプロパティページを開く
- [VC++ ディレクトリ] の「インクルード ディレクトリ」に，できあがった CoinIpopt/include を追加する
- [C/C++] > [コード生成] の「ランタイム ライブラリ」を「マルチスレッド (/MT)」に変更する
- [リンカー] > [入力] の追加の依存ファイルに，mkl_core.lib, mkl_sequential.lib, mkl_intel_lp64.libと，CoinIpopt/lib 内の .lib ファイルを追加する
注１: これ以外の構成でライブラリを使用したい場合には，それに合わせてライブラリをビルドし直す必要があるが，ここでは解説しない．
Visual Studio + Intel MKL を使う場合
Microsoft Visual Studio 2015, Intel MKL 11.3 でビルドできることを確認した．MKLは誰でも無償で使用できる．
cygwin のインストール
先ほどの Intel コンパイラを使う場合と同じ
cygwin の起動
- スタートメニューから「VS2015 x64 Native Tools コマンド プロンプト」を開く
- > C:\cygwin64\cygwin.bat
cygwin のシェルが立ち上がると，プロンプトが $ になる．コピペは，ウィンドウのタイトルバーを右クリック > 編集 でできる．
f2c のインストール
libf2c のビルド
- $ mkdir /usr/local/lib/libf2c $ cd /usr/local/lib/libf2c $ wget http://www.netlib.org/f2c/libf2c.zip $ unzip libf2c.zip $ rm libf2c.zip
- makefile.vc 9行目 CFLAGS に-DNO_SSIZE_Tを追加
- makefile.vc 最後から4行目のcomptry.batを消す（行をまるごと消すのではない）
- $ nmake -f makefile.vc all
Ipopt のダウンロード
ビルド
- $ cp BuildTools/compile_f2c/compile_f2c /usr/local/bin/
- Ipopt/configure 35745行目if test "$have_mkl" = "yes" -a "$use_pardiso" = "no"; thenの前に新たに行have_mkl=yesを挿入する
- $ ./configure -enable-doscompile=msvc $ export AM_CFLAGS="-arch:AVX -DHAVE_SNPRINTF" $ export AM_CXXFLAGS="-arch:AVX" $ make -j 7 $ make install
-arch:AVXの部分は実行する CPU に合わせて変える．なくてもよい．
C:/cygwin64/home/idzuna/の部分は環境に応じて変える．Mumps, Metis をビルドに含めない場合は，このオプションは不要．
make -j 7の7は，ビルド時に同時実行するジョブの数で，(CPU の同時実行可能なスレッド数)-1くらいが無難．ビルド中に PC がまったく使えなくなってもいいならもっと増やしてもよい．
ライブラリ使用時の Visual Studio の設定
- ライブラリを使用したい Visual Studio プロジェクトを開き，ソリューション構成を Release に，プラットフォームを x64 にする（注１）
- プロジェクトのプロパティページを開く
- [VC++ ディレクトリ] の「インクルード ディレクトリ」に，できあがった CoinIpopt/include を追加する
- [C/C++] > [コード生成] の「ランタイム ライブラリ」を「マルチスレッド (/MT)」に変更する
- [リンカー] > [入力] の追加の依存ファイルに，mkl_core.lib, mkl_sequential.lib, mkl_intel_lp64.libと，CoinIpopt/lib 内の .lib ファイルを追加する
注１: これ以外の構成でライブラリを使用したい場合には，それに合わせてライブラリをビルドし直す必要があるが，ここでは解説しない．
バイナリ
Microsoft Visual Studio 2015 + Intel Parallel Studio XE 2016 にてビルドしました．Intel64 + AVX な環境向けです．利用には別途 Intel MKL をインストールする必要があります．
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