python代码解决实例

时间: 2024-10-20 22:19:43 浏览: 16
要使用Python代码解决《基于禁忌搜索算法的物流系统车辆路径优化》中的实例,你可以参考以下步骤和代码示例。这个例子将展示如何实现禁忌搜索算法(Tabu Search, TS)来解决带软时间窗的车辆路径问题(VRP with Soft Time Windows, VRPSTW)。 ### 1. 导入必要的库 ```python import numpy as np import random import matplotlib.pyplot as plt from itertools import permutations ``` ### 2. 定义问题参数 ```python # 分拨中心和客户点的数据 num_customers = 30 depot = {'id': 0, 'x': 35, 'y': 35, 'start_time': 8 * 60, 'end_time': 11.5 * 60, 'service_time': 0} customers = [ {'id': i, 'x': random.randint(0, 100), 'y': random.randint(0, 100), 'demand': random.randint(100, 500), 'start_time': random.randint(0, 180), 'end_time': random.randint(100, 240), 'service_time': 10} for i in range(1, num_customers + 1) ] # 车辆参数 num_vehicles = 20 vehicle_capacity = 2000 vehicle_speed = 60 # km/h vehicle_start_cost = 80 # 元/辆 vehicle_overtime_cost = 50 # 元/小时 early_penalty_cost = 30 # 元/小时 late_penalty_cost = 120 # 元/小时 service_time = 10 # 分钟 max_working_time = 3.5 * 60 # 分钟 ``` ### 3. 计算距离矩阵 ```python def calculate_distance_matrix(customers): n = len(customers) + 1 # 包括分拨中心 distance_matrix = np.zeros((n, n)) for i in range(n): if i == 0: x1, y1 = depot['x'], depot['y'] else: x1, y1 = customers[i-1]['x'], customers[i-1]['y'] for j in range(n): if j == 0: x2, y2 = depot['x'], depot['y'] else: x2, y2 = customers[j-1]['x'], customers[j-1]['y'] distance_matrix[i][j] = np.sqrt((x1 - x2)**2 + (y1 - y2)**2) return distance_matrix distance_matrix = calculate_distance_matrix(customers) ``` ### 4. 初始化禁忌搜索算法 ```python class TabuSearch: def __init__(self, distance_matrix, customers, num_vehicles, vehicle_capacity, vehicle_start_cost, vehicle_overtime_cost, early_penalty_cost, late_penalty_cost, max_working_time, max_iterations=2000, tabu_tenure=20): self.distance_matrix = distance_matrix self.customers = customers self.num_vehicles = num_vehicles self.vehicle_capacity = vehicle_capacity self.vehicle_start_cost = vehicle_start_cost self.vehicle_overtime_cost = vehicle_overtime_cost self.early_penalty_cost = early_penalty_cost self.late_penalty_cost = late_penalty_cost self.max_working_time = max_working_time self.max_iterations = max_iterations self.tabu_tenure = tabu_tenure self.tabu_list = [] self.best_solution = None self.best_cost = float('inf') self.current_solution = self.initialize_solution() self.current_cost = self.calculate_total_cost(self.current_solution) def initialize_solution(self): # 随机初始化解 initial_solution = [list(range(1, len(self.customers) + 1))] random.shuffle(initial_solution[0]) return initial_solution def calculate_total_cost(self, solution): total_cost = 0 for route in solution: route_cost = 0 current_time = 0 current_load = 0 prev_customer_id = 0 # 分拨中心 for customer_id in route: customer = self.customers[customer_id - 1] travel_time = self.distance_matrix[prev_customer_id][customer_id] / vehicle_speed * 60 arrival_time = current_time + travel_time if arrival_time < customer['start_time']: waiting_time = customer['start_time'] - arrival_time route_cost += waiting_time * self.early_penalty_cost current_time = customer['start_time'] elif arrival_time > customer['end_time']: delay_time = arrival_time - customer['end_time'] route_cost += delay_time * self.late_penalty_cost current_time = arrival_time else: current_time = arrival_time current_time += customer['service_time'] current_load += customer['demand'] if current_load > self.vehicle_capacity: raise ValueError("Exceeded vehicle capacity") if current_time > self.max_working_time: route_cost += (current_time - self.max_working_time) * self.vehicle_overtime_cost route_cost += self.distance_matrix[prev_customer_id][customer_id] * 5 # 单位运输成本 prev_customer_id = customer_id route_cost += self.distance_matrix[prev_customer_id][0] * 5 # 返回分拨中心的成本 route_cost += self.vehicle_start_cost total_cost += route_cost return total_cost def generate_neighbors(self, solution): neighbors = [] for i in range(len(solution)): for j in range(i + 1, len(solution)): neighbor = solution.copy() neighbor[i], neighbor[j] = neighbor[j], neighbor[i] if neighbor not in self.tabu_list: neighbors.append(neighbor) return neighbors def update_tabu_list(self, solution): if len(self.tabu_list) >= self.tabu_tenure: self.tabu_list.pop(0) self.tabu_list.append(solution) def run(self): for iteration in range(self.max_iterations): neighbors = self.generate_neighbors(self.current_solution) best_neighbor = min(neighbors, key=self.calculate_total_cost) best_neighbor_cost = self.calculate_total_cost(best_neighbor) if best_neighbor_cost < self.best_cost: self.best_solution = best_neighbor self.best_cost = best_neighbor_cost self.update_tabu_list(self.current_solution) self.current_solution = best_neighbor self.current_cost = best_neighbor_cost return self.best_solution, self.best_cost ``` ### 5. 运行禁忌搜索算法 ```python ts = TabuSearch(distance_matrix, customers, num_vehicles, vehicle_capacity, vehicle_start_cost, vehicle_overtime_cost, early_penalty_cost, late_penalty_cost, max_working_time) best_solution, best_cost = ts.run() print(f"Best Solution: {best_solution}") print(f"Best Cost: {best_cost}") ``` ### 6. 可视化结果 ```python def plot_solution(solution, customers, depot): plt.figure(figsize=(10, 10)) plt.scatter(depot['x'], depot['y'], color='red', label='Depot') for customer in customers: plt.scatter(customer['x'], customer['y'], color='blue') plt.text(customer['x'], customer['y'], f"{customer['id']}") for route in solution: x_coords = [depot['x']] + [customers[customer_id - 1]['x'] for customer_id in route] + [depot['x']] y_coords = [depot['y']] + [customers[customer_id - 1]['y'] for customer_id in route] + [depot['y']] plt.plot(x_coords, y_coords, color='green') plt.xlabel('X Coordinate') plt.ylabel('Y Coordinate') plt.title('Optimal Delivery Routes') plt.legend() plt.show() plot_solution(best_solution, customers, depot) ``` 以上代码展示了如何使用Python实现禁忌搜索算法来解决带软时间窗的车辆路径问题。你可以根据具体需求调整参数和逻辑,以获得更好的解决方案。
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