有多种物品和多个背包都为规则长方体,且物品和背包都有长、宽、高、体积、重量、一定数量,现需求解以怎样的方案把物品放到背包里,可以使背包的体积利用率最大。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,背包重量平衡约束,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对上述问题举一个例子补充数据建模求解,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: 2023-05-30 08:02:42 浏览: 57
由于题目中涉及到多个约束条件,我们可以使用线性规划模型来求解最优解。以下是一个简单的例子:
假设有两个背包,它们的长宽高分别为30x20x10和40x30x20,每个背包都有一个最大重量限制和一个最大体积限制。现有以下四种物品:
物品1:长10,宽10,高10,体积100,重量10,数量10
物品2:长20,宽20,高10,体积400,重量20,数量5
物品3:长30,宽10,高5,体积150,重量15,数量8
物品4:长15,宽15,高15,体积337.5,重量15,数量12
我们的目标是将这些物品尽可能地装进这两个背包中,使得背包的体积利用率最大。我们可以使用PuLP库来进行线性规划求解。
首先,我们需要定义决策变量。对于每个物品和每个背包,我们需要定义一个0/1变量,表示是否将该物品放入该背包中。同时,我们需要定义一个非负实数变量,表示每个物品在该背包中的数量。
下面是定义变量的代码:
import pulp
# 创建一个线性规划模型
model = pulp.LpProblem("Bin Packing Problem", pulp.LpMaximize)
# 定义决策变量
x = {}
y = {}
for i in range(1, 5):
for j in range(1, 3):
x[(i, j)] = pulp.LpVariable(f"x_{i}_{j}", cat=pulp.LpBinary)
y[(i, j)] = pulp.LpVariable(f"y_{i}_{j}", lowBound=0, cat=pulp.LpContinuous)
其中,x[(i, j)]表示第i个物品是否放入第j个背包中,y[(i, j)]表示第i个物品在第j个背包中的数量。
接下来,我们需要定义目标函数和约束条件。目标函数应该是背包的体积利用率。同时,我们需要添加四个约束条件,分别是体积约束、重量约束、平衡约束和三维尺寸约束。
下面是定义目标函数和约束条件的代码:
# 定义目标函数
model += pulp.lpSum(y) / (30 * 20 * 10 + 40 * 30 * 20)
# 添加体积约束
for j in range(1, 3):
model += pulp.lpSum(x[(i, j)] * y[(i, j)] * 100 for i in range(1, 5)) <= (30 * 20 * 10 if j == 1 else 40 * 30 * 20)
# 添加重量约束
for j in range(1, 3):
model += pulp.lpSum(x[(i, j)] * y[(i, j)] * 10 for i in range(1, 5)) <= 50
# 添加平衡约束
model += pulp.lpSum(x[(i, 1)] * y[(i, 1)] * 100 for i in range(1, 5)) == pulp.lpSum(x[(i, 2)] * y[(i, 2)] * 100 for i in range(1, 5))
# 添加三维尺寸约束
for j in range(1, 3):
model += pulp.lpSum(x[(i, j)] * y[(i, j)] * 10 for i in range(1, 5)) <= (30 if j == 1 else 40)
model += pulp.lpSum(x[(i, j)] * y[(i, j)] * 20 for i in range(1, 5)) <= (20 if j == 1 else 30)
model += pulp.lpSum(x[(i, j)] * y[(i, j)] * 10 for i in range(1, 5)) <= (10 if j == 1 else 20)
其中,体积约束、重量约束和三维尺寸约束比较容易理解。平衡约束表示两个背包中的物品体积总和应该相等。
最后,我们可以使用PuLP库的solve()函数来求解这个线性规划问题,并打印出最优解和每个物品在每个背包中的数量。
下面是求解并输出最优解的代码:
# 求解线性规划问题
model.solve()
# 打印最优解和每个物品在每个背包中的数量
for i in range(1, 5):
for j in range(1, 3):
if pulp.value(x[(i, j)]) == 1:
print(f"将物品{i}放入背包{j}中,数量为{int(pulp.value(y[(i, j)]))}")
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