模拟退火的电子锯材料排版C#代码

以下是一个简单的模拟退火算法的电子锯材料排版示例，使用了C#编程语言：

using System;
using System.Collections.Generic;

namespace SimulatedAnnealing
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int boardWidth = 100; // 板的宽度
            int boardHeight = 100; // 板的高度
            int numPieces = 10; // 需要排版的零件数

            List<Piece> pieces = new List<Piece>(); // 存储所有零件

            // 初始化所有零件
            for (int i = 0; i < numPieces; i++)
            {
                int width = new Random().Next(10, 20); // 随机生成零件的宽度
                int height = new Random().Next(10, 20); // 随机生成零件的高度
                pieces.Add(new Piece(width, height));
            }

            // 运行模拟退火算法
            Layout layout = SimulatedAnnealing(boardWidth, boardHeight, pieces);

            // 输出结果
            Console.WriteLine("Final layout:");
            Console.WriteLine(layout.ToString());
            Console.ReadLine();
        }

        static Layout SimulatedAnnealing(int boardWidth, int boardHeight, List<Piece> pieces)
        {
            double temperature = 1000; // 初始温度
            double coolingRate = 0.03; // 冷却速率
            double minTemperature = 0.1; // 最小温度

            Layout currentLayout = new Layout(boardWidth, boardHeight); // 当前布局
            Layout bestLayout = new Layout(boardWidth, boardHeight); // 最优布局
            bestLayout.FitPieces(pieces); // 将所有零件放到最优布局中

            while (temperature > minTemperature)
            {
                Layout newLayout = currentLayout.Clone(); // 克隆当前布局
                newLayout.Mutate(); // 随机移动一个零件

                double currentEnergy = currentLayout.CalculateEnergy(pieces); // 当前能量
                double newEnergy = newLayout.CalculateEnergy(pieces); // 新能量

                if (newEnergy < currentEnergy || Math.Exp((currentEnergy - newEnergy) / temperature) > new Random().NextDouble())
                {
                    currentLayout = newLayout;

                    if (currentEnergy < bestLayout.CalculateEnergy(pieces))
                    {
                        bestLayout = currentLayout.Clone();
                    }
                }

                temperature *= 1 - coolingRate; // 降低温度
            }

            return bestLayout;
        }
    }

    // 零件类
    class Piece
    {
        public int Width { get; set; } // 宽度
        public int Height { get; set; } // 高度
        public int X { get; set; } // x坐标
        public int Y { get; set; } // y坐标

        public Piece(int width, int height)
        {
            Width = width;
            Height = height;
        }
    }

    // 布局类
    class Layout
    {
        public int Width { get; set; } // 宽度
        public int Height { get; set; } // 高度
        public List<Piece> Pieces { get; set; } // 零件列表

        public Layout(int width, int height)
        {
            Width = width;
            Height = height;
            Pieces = new List<Piece>();
        }

        // 将所有零件放到布局中
        public void FitPieces(List<Piece> pieces)
        {
            int x = 0;
            int y = 0;

            foreach (Piece piece in pieces)
            {
                piece.X = x;
                piece.Y = y;

                Pieces.Add(piece);

                x += piece.Width;

                if (x >= Width)
                {
                    x = 0;
                    y += piece.Height;
                }
            }
        }

        // 计算能量
        public double CalculateEnergy(List<Piece> pieces)
        {
            double energy = 0;

            foreach (Piece piece in Pieces)
            {
                if (piece.X + piece.Width > Width || piece.Y + piece.Height > Height)
                {
                    energy += 100000; // 超出边界的能量惩罚
                }

                foreach (Piece otherPiece in Pieces)
                {
                    if (piece != otherPiece)
                    {
                        int dx = Math.Abs(piece.X - otherPiece.X);
                        int dy = Math.Abs(piece.Y - otherPiece.Y);

                        if (dx < piece.Width && dy < piece.Height)
                        {
                            energy += 100000; // 重叠的能量惩罚
                        }
                    }
                }
            }

            return energy;
        }

        // 克隆布局
        public Layout Clone()
        {
            Layout newLayout = new Layout(Width, Height);

            foreach (Piece piece in Pieces)
            {
                newLayout.Pieces.Add(new Piece(piece.Width, piece.Height)
                {
                    X = piece.X,
                    Y = piece.Y
                });
            }

            return newLayout;
        }

        // 随机移动一个零件
        public void Mutate()
        {
            Piece piece = Pieces[new Random().Next(Pieces.Count)];

            int dx = new Random().Next(-10, 10);
            int dy = new Random().Next(-10, 10);

            piece.X += dx;
            piece.Y += dy;
        }

        // 输出布局
        public override string ToString()
        {
            string output = "";

            for (int y = 0; y < Height; y++)
            {
                for (int x = 0; x < Width; x++)
                {
                    bool foundPiece = false;

                    foreach (Piece piece in Pieces)
                    {
                        if (x >= piece.X && x < piece.X + piece.Width && y >= piece.Y && y < piece.Y + piece.Height)
                        {
                            output += "X";
                            foundPiece = true;
                            break;
                        }
                    }

                    if (!foundPiece)
                    {
                        output += ".";
                    }
                }

                output += "\n";
            }

            return output;
        }
    }
}

该示例使用了模拟退火算法来解决电子锯材料排版问题，它的实现过程如下：

1. 定义了一个`Piece`类来表示零件，包含宽度、高度、x坐标和y坐标等属性。
2. 定义了一个`Layout`类来表示布局，包含宽度、高度和零件列表等属性，以及一些方法来计算能量、克隆布局、随机移动一个零件等。
3. 在`Main`方法中创建了一些随机大小的零件，并调用`SimulatedAnnealing`方法来运行模拟退火算法，最后输出最优布局。

在`SimulatedAnnealing`方法中，使用了一个循环来不断降低温度，直到达到最小温度为止。在每个温度下，随机移动一个零件，并计算当前能量和新能量。如果新能量更低，则接受新布局；否则，根据概率接受新布局。在整个模拟退火算法的过程中，记录最优布局，并返回它。

最后，在`Layout`类中，定义了一个`ToString`方法，以便将布局输出为字符串，方便查看。