Ceres Solver用于求解非线性最小二乘问题,适用于SLAM、视觉等场景;需先安装库并配置CMake链接;定义代价函数如ExponentialResidual计算残差;在main中设置参数、添加残差块,使用AutoDiffCostFunction实现自动微分;配置Solver选项如DENSE_QR,运行求解并输出结果;支持Huber损失、局部参数化和稀疏求解器以提升鲁棒性与效率。

在C++中使用Ceres Solver解决非线性优化问题,是许多工程和科研领域(如SLAM、计算机视觉、机器人定位)中的常见需求。Ceres Solver 是 Google 开发的一个开源 C++ 库,专门用于求解大规模的非线性最小二乘问题。它支持自动微分、数值微分以及解析雅可比,使用灵活且性能高效。
在使用前,需先安装 Ceres Solver。大多数 Linux 系统可通过包管理器或源码编译安装。
Ubuntu 安装示例:或从源码构建(推荐最新版本):
确保项目编译时链接 Ceres 库,例如使用 CMake:
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find_package(Ceres REQUIRED)
target_link_libraries(your_program ${CERES_LIBRARIES})
target_include_directories(your_program PRIVATE ${CERES_INCLUDE_DIRS})Ceres 的核心是构建“代价函数”(Cost Function),表示优化变量与观测之间的误差(残差)。通常形式为:
minimize Σ fᵢ(x)²
以拟合曲线 y = exp(a x² + b x + c) 为例,我们想通过数据点 (x, y) 拟合参数 a, b, c。
定义一个仿函数(functor)作为代价函数:
struct ExponentialResidual {
ExponentialResidual(double x, double y) : x_(x), y_(y) {}
<p>template <typename T>
bool operator()(const T<em> parameters, T</em> residuals) const {
T a = parameters[0];
T b = parameters[1];
T c = parameters[2];
residuals[0] = T(y<em>) - ceres::exp(a * x</em> <em> x_ + b </em> x_ + c);
return true;
}</p><p>double x<em>, y</em>;
};这个结构体重载了 operator(),接受模板类型以支持自动微分。
在 main 函数中设置变量、添加残差块,并调用求解器:
int main() {
// 真实参数
double a_true = 0.5, b_true = -1.0, c_true = 0.3;
// 初始估计值
double parameters[3] = {0.0, 0.0, 0.0};
<p>ceres::Problem problem;</p><p>// 生成模拟数据
for (double x = -1.0; x <= 1.0; x += 0.1) {
double y = exp(a_true <em> x </em> x + b_true <em> x + c_true);
// 添加噪声
y += 0.01 </em> rand() / RAND_MAX;</p><pre class="brush:php;toolbar:false;">// 创建代价函数,使用自动微分
ceres::CostFunction* cost_function =
new ceres::AutoDiffCostFunction<ExponentialResidual, 1, 3>(
new ExponentialResidual(x, y));
problem.AddResidualBlock(cost_function, nullptr, parameters);}
接着配置求解选项并运行:
ceres::Solver::Options options; options.linear_solver_type = ceres::DENSE_QR; options.minimizer_progress_to_stdout = true; <p>ceres::Solver::Summary summary; ceres::Solve(options, &problem, &summary);</p><p>std::cout << summary.BriefReport() << "\n"; std::cout << "Estimated a: " << parameters[0] << "\n"; std::cout << "Estimated b: " << parameters[1] << "\n"; std::cout << "Estimated c: " << parameters[2] << "\n";</p><p>return 0; }
AutoDiffCostFunction,只需写残差表达式,Ceres 自动计算导数。例如使用 Huber 核函数:
problem.AddResidualBlock(cost_function,
new ceres::HuberLoss(1.0),
parameters);基本上就这些。Ceres 的设计简洁,重点在于正确建模残差和选择合适的求解配置。只要把问题转化为最小二乘形式,就能高效求解。
以上就是c++++如何使用Ceres Solver解决优化问题_c++ Google的非线性优化库的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
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