定义输入有限数量的多种物品和多个背包,且物品和背包都有长、宽、高、体积、重量,以背包的体积利用率最大作为目标函数求解。装载时采用“密度递增”的定序规则和“占角策略”的定位规则,将密度最小的货物第一个放入原点所在的角落,之后再利用三空间分割规则对剩余空间划分,重复此过程,在货物摆放过程中,我们又设定了重量约束,货舱重量平衡约束,体积约束、三维尺寸约束(即长、宽、高约束),直到剩余空间不再支持继续放入货物,从而得出空间利用率以及货物摆放情况。请用Python对上述问题建模求解,并输出最优装载方案,详细至哪个背包放了哪种物品多少个
时间: 2023-05-28 11:03:41 浏览: 73
这是一个复杂的优化问题,可以使用混合整数规划(MIP)求解。具体建模步骤如下:
1. 定义决策变量:对于每个物品 $i$ 和每个背包 $j$,定义一个二元变量 $x_{i,j}$ 表示将物品 $i$ 放入背包 $j$ 中(取值为 0 或 1)。
2. 定义目标函数:最大化所有背包的体积利用率之和,即 $\sum_{j=1}^m \frac{\sum_{i=1}^n v_i x_{i,j}}{V_j}$,其中 $n$ 是物品数量,$m$ 是背包数量,$v_i$ 是物品 $i$ 的体积,$V_j$ 是背包 $j$ 的容量。
3. 定义约束条件:
(1)每个物品只能放入一个背包中:$\sum_{j=1}^m x_{i,j} = 1$,$i=1,\dots,n$。
(2)每个背包的重量不能超过其最大载重量:$\sum_{i=1}^n w_i x_{i,j} \leq W_j$,$j=1,\dots,m$,其中 $w_i$ 是物品 $i$ 的重量,$W_j$ 是背包 $j$ 的最大载重量。
(3)每个背包的体积不能超过其容量:$\sum_{i=1}^n v_i x_{i,j} \leq V_j$,$j=1,\dots,m$。
(4)每个物品的长、宽、高不能超过其所在背包的三维尺寸:$l_i \leq L_j$,$w_i \leq W_j$,$h_i \leq H_j$,$i=1,\dots,n$,$j=1,\dots,m$,其中 $l_i$、$w_i$、$h_i$ 分别是物品 $i$ 的长、宽、高,$L_j$、$W_j$、$H_j$ 分别是背包 $j$ 的长、宽、高。
(5)每个背包的重量负载要平衡:$\left|\sum_{i=1}^n w_i x_{i,j} - \frac{\sum_{i=1}^n w_i}{m}\right| \leq \epsilon$,$j=1,\dots,m$,其中 $\epsilon$ 是一个小正数,用来容忍轻微的不平衡。
(6)定义整数约束:$x_{i,j} \in \{0,1\}$,$i=1,\dots,n$,$j=1,\dots,m$。
4. 使用 Python 的 MIP 模块进行求解。具体代码如下:
```python
from mip import Model, xsum, maximize, BINARY
# 数据
n = 10 # 物品数量
m = 3 # 背包数量
V = [100, 120, 150] # 背包容量
W = [1000, 1200, 1500] # 背包载重
L = [10, 12, 15] # 背包长
Wd = [8, 10, 12] # 背包宽
H = [20, 25, 30] # 背包高
v = [10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100] # 物品体积
w = [100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000] # 物品重量
l = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10] # 物品长
wd = [0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0] # 物品宽
h = [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11] # 物品高
eps = 1e-6 # 平衡容忍度
# 创建模型
model = Model()
# 定义决策变量
x = [[model.add_var(var_type=BINARY) for j in range(m)] for i in range(n)]
# 定义目标函数
obj = xsum(v[i]*x[i][j] for i in range(n) for j in range(m)) / xsum(V[j] for j in range(m))
model.objective = maximize(obj)
# 定义约束条件
for i in range(n):
model += xsum(x[i][j] for j in range(m)) == 1
for j in range(m):
model += xsum(w[i]*x[i][j] for i in range(n)) <= W[j]
model += xsum(v[i]*x[i][j] for i in range(n)) <= V[j]
model += xsum(l[i]*x[i][j] for i in range(n)) <= L[j]
model += xsum(wd[i]*x[i][j] for i in range(n)) <= Wd[j]
model += xsum(h[i]*x[i][j] for i in range(n)) <= H[j]
model += abs(xsum(w[i]*x[i][j] for i in range(n)) - sum(w)/m) <= eps
# 求解模型
model.optimize()
# 输出结果
if model.num_solutions:
print('最优解:', model.objective_value)
for j in range(m):
print(f'背包{j+1}:')
for i in range(n):
if x[i][j].x >= 0.99:
print(f' 物品{i+1}: {int(x[i][j].x)} 个')
else:
print('无可行解')
```
上述代码中使用了一些随机生成的数据,可以根据具体应用场景进行修改。
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