Il problema di percorso del veicolo con capacità (CVRP) è un tipo di VRP in cui i veicoli con portata limitata devono ritirare o consegnare gli articoli in varie sedi. Gli articoli hanno una quantità, come peso o volume, e i veicoli hanno una portata massima che possono trasportare. Il problema è ritirare o consegnare gli articoli al minor costo, senza mai superare la capacità dei veicoli.
Nel seguente esempio, supponiamo che tutti gli articoli vengano ritirati. Il programma che risolve questo problema funziona anche se tutti gli elementi vengono consegnati: in questo caso, puoi considerare il vincolo di capacità applicato quando i veicoli lasciano il deposito completamente carico. Tuttavia, i limiti di capacità sono implementati allo stesso modo in entrambi i casi.
Esempio di CVRP
Successivamente, descriviamo un esempio di VRP con limiti di capacità. L'esempio estende l'esempio di VRP precedente e aggiunge i seguenti requisiti. In ogni sede è presente una domanda corrispondente alla quantità dell'articolo da ritirare. Inoltre, ogni veicolo può avere una capacità massima di 15 passeggeri. (non stiamo specificando le unità per le esigenze o la capacità).
La griglia di seguito mostra le sedi da visitare in blu e la sede dell'azienda in nero. Le richieste vengono visualizzate in basso a destra in ogni posizione. Per ulteriori dettagli sulla definizione delle località, consulta le Coordinate di località nella sezione VRP.
Il problema consiste nel trovare un'assegnazione di percorsi ai veicoli che hanno la distanza totale più corta e in modo che la quantità totale di veicoli che stanno trasportando non superi mai la loro capacità.
Risoluzione dell'esempio CVRP con OR-Tools
Le sezioni seguenti spiegano come risolvere l'esempio CVRP con OR-Tools.
Creare i dati
I dati per questo esempio includono i dati nell'esempio VRP precedente e aggiungono le seguenti richieste e capacità del veicolo:
Python
data["demands"] = [0, 1, 1, 2, 4, 2, 4, 8, 8, 1, 2, 1, 2, 4, 4, 8, 8] data["vehicle_capacities"] = [15, 15, 15, 15]
C++
const std::vector<int64_t> demands{
0, 1, 1, 2, 4, 2, 4, 8, 8, 1, 2, 1, 2, 4, 4, 8, 8,
};
const std::vector<int64_t> vehicle_capacities{15, 15, 15, 15};
Java
public final long[] demands = {0, 1, 1, 2, 4, 2, 4, 8, 8, 1, 2, 1, 2, 4, 4, 8, 8};
public final long[] vehicleCapacities = {15, 15, 15, 15};
C#
public long[] Demands = { 0, 1, 1, 2, 4, 2, 4, 8, 8, 1, 2, 1, 2, 4, 4, 8, 8 };
public long[] VehicleCapacities = { 15, 15, 15, 15 };
I nuovi elementi nei dati sono:
- Richieste: ogni località ha una domanda corrispondente alla quantità, ad esempio peso o volume, dell'articolo da ritirare.
- Capacità: ogni veicolo ha una capacità: la quantità massima che può contenere il veicolo. Mentre un veicolo si sposta lungo il percorso, la quantità totale di articoli che può trasportare non può mai superare la sua capacità.
Aggiungere il callback della distanza
Il callback della distanza, la funzione che restituisce la distanza tra due località, è definito come nell'esempio di VRP precedente.
Aggiungi il callback della domanda e i vincoli di capacità
Oltre al callback sulla distanza, il risolutore richiede anche il callback della domanda, che restituisce la domanda in ogni località, e una dimensione per i vincoli di capacità. Il codice che segue crea i tag.
Python
def demand_callback(from_index):
"""Returns the demand of the node."""
# Convert from routing variable Index to demands NodeIndex.
from_node = manager.IndexToNode(from_index)
return data["demands"][from_node]
demand_callback_index = routing.RegisterUnaryTransitCallback(demand_callback)
routing.AddDimensionWithVehicleCapacity(
demand_callback_index,
0, # null capacity slack
data["vehicle_capacities"], # vehicle maximum capacities
True, # start cumul to zero
"Capacity",
)
C++
const int demand_callback_index = routing.RegisterUnaryTransitCallback(
[&data, &manager](const int64_t from_index) -> int64_t {
// Convert from routing variable Index to demand NodeIndex.
const int from_node = manager.IndexToNode(from_index).value();
return data.demands[from_node];
});
routing.AddDimensionWithVehicleCapacity(
demand_callback_index, // transit callback index
int64_t{0}, // null capacity slack
data.vehicle_capacities, // vehicle maximum capacities
true, // start cumul to zero
"Capacity");
Java
final int demandCallbackIndex = routing.registerUnaryTransitCallback((long fromIndex) -> {
// Convert from routing variable Index to user NodeIndex.
int fromNode = manager.indexToNode(fromIndex);
return data.demands[fromNode];
});
routing.addDimensionWithVehicleCapacity(demandCallbackIndex, 0, // null capacity slack
data.vehicleCapacities, // vehicle maximum capacities
true, // start cumul to zero
"Capacity");
C#
int demandCallbackIndex = routing.RegisterUnaryTransitCallback((long fromIndex) =>
{
// Convert from routing variable Index to
// demand NodeIndex.
var fromNode =
manager.IndexToNode(fromIndex);
return data.Demands[fromNode];
});
routing.AddDimensionWithVehicleCapacity(demandCallbackIndex, 0, // null capacity slack
data.VehicleCapacities, // vehicle maximum capacities
true, // start cumul to zero
"Capacity");
A differenza del callback sulla distanza, che richiede un paio di posizioni come input, il callback della domanda dipende solo dalla località (from_node) della pubblicazione.
Poiché i vincoli di capacità riguardano il peso del carico trasportato da un veicolo, ovvero una quantità che si accumula lungo il percorso, dobbiamo creare una dimensione per le capacità, in modo simile alla dimensione della distanza nell'esempio VRP precedente.
In questo caso viene utilizzato il metodo AddDimensionWithVehicleCapacity, che utilizza un vettore di capacità.
Poiché tutte le capacità del veicolo in questo esempio sono le stesse, puoi utilizzare il metodo AddDimension, che prevede un unico limite superiore per tutte le quantità di veicoli. Tuttavia, AddDimensionWithVehicleCapacity gestisce il caso più generale in cui veicoli diversi hanno capacità diverse.
Problemi con più tipi e capacità di carico
Nei CVRP più complessi, ogni veicolo può trasportare diversi tipi di merci, con una capacità massima per ogni tipo. Ad esempio, un camion per la consegna di carburante potrebbe contenere diversi tipi di carburante, utilizzando più serbatoi con capacità diverse. Per gestire problemi come questi, è sufficiente creare un callback e una dimensione diversi per ogni tipo di carico, assicurandoti di assegnare loro nomi univoci.
Aggiungi la stampante della soluzione
La stampante della soluzione mostra il percorso di ciascun veicolo insieme al carico cumulativo: la quantità totale di veicoli che si ferma al percorso.
Python
def print_solution(data, manager, routing, solution):
"""Prints solution on console."""
print(f"Objective: {solution.ObjectiveValue()}")
total_distance = 0
total_load = 0
for vehicle_id in range(data["num_vehicles"]):
index = routing.Start(vehicle_id)
plan_output = f"Route for vehicle {vehicle_id}:\n"
route_distance = 0
route_load = 0
while not routing.IsEnd(index):
node_index = manager.IndexToNode(index)
route_load += data["demands"][node_index]
plan_output += f" {node_index} Load({route_load}) -> "
previous_index = index
index = solution.Value(routing.NextVar(index))
route_distance += routing.GetArcCostForVehicle(
previous_index, index, vehicle_id
)
plan_output += f" {manager.IndexToNode(index)} Load({route_load})\n"
plan_output += f"Distance of the route: {route_distance}m\n"
plan_output += f"Load of the route: {route_load}\n"
print(plan_output)
total_distance += route_distance
total_load += route_load
print(f"Total distance of all routes: {total_distance}m")
print(f"Total load of all routes: {total_load}")
C++
//! @brief Print the solution.
//! @param[in] data Data of the problem.
//! @param[in] manager Index manager used.
//! @param[in] routing Routing solver used.
//! @param[in] solution Solution found by the solver.
void PrintSolution(const DataModel& data, const RoutingIndexManager& manager,
const RoutingModel& routing, const Assignment& solution) {
int64_t total_distance = 0;
int64_t total_load = 0;
for (int vehicle_id = 0; vehicle_id < data.num_vehicles; ++vehicle_id) {
int64_t index = routing.Start(vehicle_id);
LOG(INFO) << "Route for Vehicle " << vehicle_id << ":";
int64_t route_distance = 0;
int64_t route_load = 0;
std::stringstream route;
while (!routing.IsEnd(index)) {
const int node_index = manager.IndexToNode(index).value();
route_load += data.demands[node_index];
route << node_index << " Load(" << route_load << ") -> ";
const int64_t previous_index = index;
index = solution.Value(routing.NextVar(index));
route_distance += routing.GetArcCostForVehicle(previous_index, index,
int64_t{vehicle_id});
}
LOG(INFO) << route.str() << manager.IndexToNode(index).value();
LOG(INFO) << "Distance of the route: " << route_distance << "m";
LOG(INFO) << "Load of the route: " << route_load;
total_distance += route_distance;
total_load += route_load;
}
LOG(INFO) << "Total distance of all routes: " << total_distance << "m";
LOG(INFO) << "Total load of all routes: " << total_load;
LOG(INFO) << "";
LOG(INFO) << "Advanced usage:";
LOG(INFO) << "Problem solved in " << routing.solver()->wall_time() << "ms";
}
Java
/// @brief Print the solution.
static void printSolution(
DataModel data, RoutingModel routing, RoutingIndexManager manager, Assignment solution) {
// Solution cost.
logger.info("Objective: " + solution.objectiveValue());
// Inspect solution.
long totalDistance = 0;
long totalLoad = 0;
for (int i = 0; i < data.vehicleNumber; ++i) {
long index = routing.start(i);
logger.info("Route for Vehicle " + i + ":");
long routeDistance = 0;
long routeLoad = 0;
String route = "";
while (!routing.isEnd(index)) {
long nodeIndex = manager.indexToNode(index);
routeLoad += data.demands[(int) nodeIndex];
route += nodeIndex + " Load(" + routeLoad + ") -> ";
long previousIndex = index;
index = solution.value(routing.nextVar(index));
routeDistance += routing.getArcCostForVehicle(previousIndex, index, i);
}
route += manager.indexToNode(routing.end(i));
logger.info(route);
logger.info("Distance of the route: " + routeDistance + "m");
totalDistance += routeDistance;
totalLoad += routeLoad;
}
logger.info("Total distance of all routes: " + totalDistance + "m");
logger.info("Total load of all routes: " + totalLoad);
}
C#
/// <summary>
/// Print the solution.
/// </summary>
static void PrintSolution(in DataModel data, in RoutingModel routing, in RoutingIndexManager manager,
in Assignment solution)
{
Console.WriteLine($"Objective {solution.ObjectiveValue()}:");
// Inspect solution.
long totalDistance = 0;
long totalLoad = 0;
for (int i = 0; i < data.VehicleNumber; ++i)
{
Console.WriteLine("Route for Vehicle {0}:", i);
long routeDistance = 0;
long routeLoad = 0;
var index = routing.Start(i);
while (routing.IsEnd(index) == false)
{
long nodeIndex = manager.IndexToNode(index);
routeLoad += data.Demands[nodeIndex];
Console.Write("{0} Load({1}) -> ", nodeIndex, routeLoad);
var previousIndex = index;
index = solution.Value(routing.NextVar(index));
routeDistance += routing.GetArcCostForVehicle(previousIndex, index, 0);
}
Console.WriteLine("{0}", manager.IndexToNode((int)index));
Console.WriteLine("Distance of the route: {0}m", routeDistance);
totalDistance += routeDistance;
totalLoad += routeLoad;
}
Console.WriteLine("Total distance of all routes: {0}m", totalDistance);
Console.WriteLine("Total load of all routes: {0}m", totalLoad);
}
Funzione principale
La funzione principale per questo esempio è molto simile a quella per l'esempio TSP, ma aggiunge anche la dimensione Richieste e capacità descritta in precedenza.
Esecuzione del programma
Il programma completo è mostrato nella sezione successiva. Quando esegui il programma, viene visualizzato il seguente output:
Objective: 6208 Route for vehicle 0: 0 Load(0) -> 4 Load(0) -> 3 Load(4) -> 1 Load(6) -> 7 Load(7) -> 0 Load(15) Distance of the route: 1552m Load of the route: 15 Route for vehicle 1: 0 Load(0) -> 14 Load(0) -> 16 Load(4) -> 10 Load(12) -> 9 Load(14) -> 0 Load(15) Distance of the route: 1552m Load of the route: 15 Route for vehicle 2: 0 Load(0) -> 12 Load(0) -> 11 Load(2) -> 15 Load(3) -> 13 Load(11) -> 0 Load(15) Distance of the route: 1552m Load of the route: 15 Route for vehicle 3: 0 Load(0) -> 8 Load(0) -> 2 Load(8) -> 6 Load(9) -> 5 Load(13) -> 0 Load(15) Distance of the route: 1552m Load of the route: 15 Total Distance of all routes: 6208m Total Load of all routes: 60
Per ogni località del percorso, l'output mostra:
- L'indice della località.
Il carico totale trasportato dal veicolo quando parte dalla località.
I percorsi sono mostrati di seguito.
Completare i programmi
Di seguito sono riportati i programmi completi per il problema di percorso del veicolo con capacità.
Python
"""Capacited Vehicles Routing Problem (CVRP)."""
from ortools.constraint_solver import routing_enums_pb2
from ortools.constraint_solver import pywrapcp
def create_data_model():
"""Stores the data for the problem."""
data = {}
data["distance_matrix"] = [
# fmt: off
[0, 548, 776, 696, 582, 274, 502, 194, 308, 194, 536, 502, 388, 354, 468, 776, 662],
[548, 0, 684, 308, 194, 502, 730, 354, 696, 742, 1084, 594, 480, 674, 1016, 868, 1210],
[776, 684, 0, 992, 878, 502, 274, 810, 468, 742, 400, 1278, 1164, 1130, 788, 1552, 754],
[696, 308, 992, 0, 114, 650, 878, 502, 844, 890, 1232, 514, 628, 822, 1164, 560, 1358],
[582, 194, 878, 114, 0, 536, 764, 388, 730, 776, 1118, 400, 514, 708, 1050, 674, 1244],
[274, 502, 502, 650, 536, 0, 228, 308, 194, 240, 582, 776, 662, 628, 514, 1050, 708],
[502, 730, 274, 878, 764, 228, 0, 536, 194, 468, 354, 1004, 890, 856, 514, 1278, 480],
[194, 354, 810, 502, 388, 308, 536, 0, 342, 388, 730, 468, 354, 320, 662, 742, 856],
[308, 696, 468, 844, 730, 194, 194, 342, 0, 274, 388, 810, 696, 662, 320, 1084, 514],
[194, 742, 742, 890, 776, 240, 468, 388, 274, 0, 342, 536, 422, 388, 274, 810, 468],
[536, 1084, 400, 1232, 1118, 582, 354, 730, 388, 342, 0, 878, 764, 730, 388, 1152, 354],
[502, 594, 1278, 514, 400, 776, 1004, 468, 810, 536, 878, 0, 114, 308, 650, 274, 844],
[388, 480, 1164, 628, 514, 662, 890, 354, 696, 422, 764, 114, 0, 194, 536, 388, 730],
[354, 674, 1130, 822, 708, 628, 856, 320, 662, 388, 730, 308, 194, 0, 342, 422, 536],
[468, 1016, 788, 1164, 1050, 514, 514, 662, 320, 274, 388, 650, 536, 342, 0, 764, 194],
[776, 868, 1552, 560, 674, 1050, 1278, 742, 1084, 810, 1152, 274, 388, 422, 764, 0, 798],
[662, 1210, 754, 1358, 1244, 708, 480, 856, 514, 468, 354, 844, 730, 536, 194, 798, 0],
# fmt: on
]
data["demands"] = [0, 1, 1, 2, 4, 2, 4, 8, 8, 1, 2, 1, 2, 4, 4, 8, 8]
data["vehicle_capacities"] = [15, 15, 15, 15]
data["num_vehicles"] = 4
data["depot"] = 0
return data
def print_solution(data, manager, routing, solution):
"""Prints solution on console."""
print(f"Objective: {solution.ObjectiveValue()}")
total_distance = 0
total_load = 0
for vehicle_id in range(data["num_vehicles"]):
index = routing.Start(vehicle_id)
plan_output = f"Route for vehicle {vehicle_id}:\n"
route_distance = 0
route_load = 0
while not routing.IsEnd(index):
node_index = manager.IndexToNode(index)
route_load += data["demands"][node_index]
plan_output += f" {node_index} Load({route_load}) -> "
previous_index = index
index = solution.Value(routing.NextVar(index))
route_distance += routing.GetArcCostForVehicle(
previous_index, index, vehicle_id
)
plan_output += f" {manager.IndexToNode(index)} Load({route_load})\n"
plan_output += f"Distance of the route: {route_distance}m\n"
plan_output += f"Load of the route: {route_load}\n"
print(plan_output)
total_distance += route_distance
total_load += route_load
print(f"Total distance of all routes: {total_distance}m")
print(f"Total load of all routes: {total_load}")
def main():
"""Solve the CVRP problem."""
# Instantiate the data problem.
data = create_data_model()
# Create the routing index manager.
manager = pywrapcp.RoutingIndexManager(
len(data["distance_matrix"]), data["num_vehicles"], data["depot"]
)
# Create Routing Model.
routing = pywrapcp.RoutingModel(manager)
# Create and register a transit callback.
def distance_callback(from_index, to_index):
"""Returns the distance between the two nodes."""
# Convert from routing variable Index to distance matrix NodeIndex.
from_node = manager.IndexToNode(from_index)
to_node = manager.IndexToNode(to_index)
return data["distance_matrix"][from_node][to_node]
transit_callback_index = routing.RegisterTransitCallback(distance_callback)
# Define cost of each arc.
routing.SetArcCostEvaluatorOfAllVehicles(transit_callback_index)
# Add Capacity constraint.
def demand_callback(from_index):
"""Returns the demand of the node."""
# Convert from routing variable Index to demands NodeIndex.
from_node = manager.IndexToNode(from_index)
return data["demands"][from_node]
demand_callback_index = routing.RegisterUnaryTransitCallback(demand_callback)
routing.AddDimensionWithVehicleCapacity(
demand_callback_index,
0, # null capacity slack
data["vehicle_capacities"], # vehicle maximum capacities
True, # start cumul to zero
"Capacity",
)
# Setting first solution heuristic.
search_parameters = pywrapcp.DefaultRoutingSearchParameters()
search_parameters.first_solution_strategy = (
routing_enums_pb2.FirstSolutionStrategy.PATH_CHEAPEST_ARC
)
search_parameters.local_search_metaheuristic = (
routing_enums_pb2.LocalSearchMetaheuristic.GUIDED_LOCAL_SEARCH
)
search_parameters.time_limit.FromSeconds(1)
# Solve the problem.
solution = routing.SolveWithParameters(search_parameters)
# Print solution on console.
if solution:
print_solution(data, manager, routing, solution)
if __name__ == "__main__":
main()
C++
#include <cstdint>
#include <sstream>
#include <vector>
#include "google/protobuf/duration.pb.h"
#include "ortools/constraint_solver/routing.h"
#include "ortools/constraint_solver/routing_enums.pb.h"
#include "ortools/constraint_solver/routing_index_manager.h"
#include "ortools/constraint_solver/routing_parameters.h"
namespace operations_research {
struct DataModel {
const std::vector<std::vector<int64_t>> distance_matrix{
{0, 548, 776, 696, 582, 274, 502, 194, 308, 194, 536, 502, 388, 354, 468,
776, 662},
{548, 0, 684, 308, 194, 502, 730, 354, 696, 742, 1084, 594, 480, 674,
1016, 868, 1210},
{776, 684, 0, 992, 878, 502, 274, 810, 468, 742, 400, 1278, 1164, 1130,
788, 1552, 754},
{696, 308, 992, 0, 114, 650, 878, 502, 844, 890, 1232, 514, 628, 822,
1164, 560, 1358},
{582, 194, 878, 114, 0, 536, 764, 388, 730, 776, 1118, 400, 514, 708,
1050, 674, 1244},
{274, 502, 502, 650, 536, 0, 228, 308, 194, 240, 582, 776, 662, 628, 514,
1050, 708},
{502, 730, 274, 878, 764, 228, 0, 536, 194, 468, 354, 1004, 890, 856, 514,
1278, 480},
{194, 354, 810, 502, 388, 308, 536, 0, 342, 388, 730, 468, 354, 320, 662,
742, 856},
{308, 696, 468, 844, 730, 194, 194, 342, 0, 274, 388, 810, 696, 662, 320,
1084, 514},
{194, 742, 742, 890, 776, 240, 468, 388, 274, 0, 342, 536, 422, 388, 274,
810, 468},
{536, 1084, 400, 1232, 1118, 582, 354, 730, 388, 342, 0, 878, 764, 730,
388, 1152, 354},
{502, 594, 1278, 514, 400, 776, 1004, 468, 810, 536, 878, 0, 114, 308,
650, 274, 844},
{388, 480, 1164, 628, 514, 662, 890, 354, 696, 422, 764, 114, 0, 194, 536,
388, 730},
{354, 674, 1130, 822, 708, 628, 856, 320, 662, 388, 730, 308, 194, 0, 342,
422, 536},
{468, 1016, 788, 1164, 1050, 514, 514, 662, 320, 274, 388, 650, 536, 342,
0, 764, 194},
{776, 868, 1552, 560, 674, 1050, 1278, 742, 1084, 810, 1152, 274, 388,
422, 764, 0, 798},
{662, 1210, 754, 1358, 1244, 708, 480, 856, 514, 468, 354, 844, 730, 536,
194, 798, 0},
};
const std::vector<int64_t> demands{
0, 1, 1, 2, 4, 2, 4, 8, 8, 1, 2, 1, 2, 4, 4, 8, 8,
};
const std::vector<int64_t> vehicle_capacities{15, 15, 15, 15};
const int num_vehicles = 4;
const RoutingIndexManager::NodeIndex depot{0};
};
//! @brief Print the solution.
//! @param[in] data Data of the problem.
//! @param[in] manager Index manager used.
//! @param[in] routing Routing solver used.
//! @param[in] solution Solution found by the solver.
void PrintSolution(const DataModel& data, const RoutingIndexManager& manager,
const RoutingModel& routing, const Assignment& solution) {
int64_t total_distance = 0;
int64_t total_load = 0;
for (int vehicle_id = 0; vehicle_id < data.num_vehicles; ++vehicle_id) {
int64_t index = routing.Start(vehicle_id);
LOG(INFO) << "Route for Vehicle " << vehicle_id << ":";
int64_t route_distance = 0;
int64_t route_load = 0;
std::stringstream route;
while (!routing.IsEnd(index)) {
const int node_index = manager.IndexToNode(index).value();
route_load += data.demands[node_index];
route << node_index << " Load(" << route_load << ") -> ";
const int64_t previous_index = index;
index = solution.Value(routing.NextVar(index));
route_distance += routing.GetArcCostForVehicle(previous_index, index,
int64_t{vehicle_id});
}
LOG(INFO) << route.str() << manager.IndexToNode(index).value();
LOG(INFO) << "Distance of the route: " << route_distance << "m";
LOG(INFO) << "Load of the route: " << route_load;
total_distance += route_distance;
total_load += route_load;
}
LOG(INFO) << "Total distance of all routes: " << total_distance << "m";
LOG(INFO) << "Total load of all routes: " << total_load;
LOG(INFO) << "";
LOG(INFO) << "Advanced usage:";
LOG(INFO) << "Problem solved in " << routing.solver()->wall_time() << "ms";
}
void VrpCapacity() {
// Instantiate the data problem.
DataModel data;
// Create Routing Index Manager
RoutingIndexManager manager(data.distance_matrix.size(), data.num_vehicles,
data.depot);
// Create Routing Model.
RoutingModel routing(manager);
// Create and register a transit callback.
const int transit_callback_index = routing.RegisterTransitCallback(
[&data, &manager](const int64_t from_index,
const int64_t to_index) -> int64_t {
// Convert from routing variable Index to distance matrix NodeIndex.
const int from_node = manager.IndexToNode(from_index).value();
const int to_node = manager.IndexToNode(to_index).value();
return data.distance_matrix[from_node][to_node];
});
// Define cost of each arc.
routing.SetArcCostEvaluatorOfAllVehicles(transit_callback_index);
// Add Capacity constraint.
const int demand_callback_index = routing.RegisterUnaryTransitCallback(
[&data, &manager](const int64_t from_index) -> int64_t {
// Convert from routing variable Index to demand NodeIndex.
const int from_node = manager.IndexToNode(from_index).value();
return data.demands[from_node];
});
routing.AddDimensionWithVehicleCapacity(
demand_callback_index, // transit callback index
int64_t{0}, // null capacity slack
data.vehicle_capacities, // vehicle maximum capacities
true, // start cumul to zero
"Capacity");
// Setting first solution heuristic.
RoutingSearchParameters search_parameters = DefaultRoutingSearchParameters();
search_parameters.set_first_solution_strategy(
FirstSolutionStrategy::PATH_CHEAPEST_ARC);
search_parameters.set_local_search_metaheuristic(
LocalSearchMetaheuristic::GUIDED_LOCAL_SEARCH);
search_parameters.mutable_time_limit()->set_seconds(1);
// Solve the problem.
const Assignment* solution = routing.SolveWithParameters(search_parameters);
// Print solution on console.
PrintSolution(data, manager, routing, *solution);
}
} // namespace operations_research
int main(int /*argc*/, char* /*argv*/[]) {
operations_research::VrpCapacity();
return EXIT_SUCCESS;
}
Java
package com.google.ortools.constraintsolver.samples;
import com.google.ortools.Loader;
import com.google.ortools.constraintsolver.Assignment;
import com.google.ortools.constraintsolver.FirstSolutionStrategy;
import com.google.ortools.constraintsolver.LocalSearchMetaheuristic;
import com.google.ortools.constraintsolver.RoutingIndexManager;
import com.google.ortools.constraintsolver.RoutingModel;
import com.google.ortools.constraintsolver.RoutingSearchParameters;
import com.google.ortools.constraintsolver.main;
import com.google.protobuf.Duration;
import java.util.logging.Logger;
/** Minimal VRP. */
public final class VrpCapacity {
private static final Logger logger = Logger.getLogger(VrpCapacity.class.getName());
static class DataModel {
public final long[][] distanceMatrix = {
{0, 548, 776, 696, 582, 274, 502, 194, 308, 194, 536, 502, 388, 354, 468, 776, 662},
{548, 0, 684, 308, 194, 502, 730, 354, 696, 742, 1084, 594, 480, 674, 1016, 868, 1210},
{776, 684, 0, 992, 878, 502, 274, 810, 468, 742, 400, 1278, 1164, 1130, 788, 1552, 754},
{696, 308, 992, 0, 114, 650, 878, 502, 844, 890, 1232, 514, 628, 822, 1164, 560, 1358},
{582, 194, 878, 114, 0, 536, 764, 388, 730, 776, 1118, 400, 514, 708, 1050, 674, 1244},
{274, 502, 502, 650, 536, 0, 228, 308, 194, 240, 582, 776, 662, 628, 514, 1050, 708},
{502, 730, 274, 878, 764, 228, 0, 536, 194, 468, 354, 1004, 890, 856, 514, 1278, 480},
{194, 354, 810, 502, 388, 308, 536, 0, 342, 388, 730, 468, 354, 320, 662, 742, 856},
{308, 696, 468, 844, 730, 194, 194, 342, 0, 274, 388, 810, 696, 662, 320, 1084, 514},
{194, 742, 742, 890, 776, 240, 468, 388, 274, 0, 342, 536, 422, 388, 274, 810, 468},
{536, 1084, 400, 1232, 1118, 582, 354, 730, 388, 342, 0, 878, 764, 730, 388, 1152, 354},
{502, 594, 1278, 514, 400, 776, 1004, 468, 810, 536, 878, 0, 114, 308, 650, 274, 844},
{388, 480, 1164, 628, 514, 662, 890, 354, 696, 422, 764, 114, 0, 194, 536, 388, 730},
{354, 674, 1130, 822, 708, 628, 856, 320, 662, 388, 730, 308, 194, 0, 342, 422, 536},
{468, 1016, 788, 1164, 1050, 514, 514, 662, 320, 274, 388, 650, 536, 342, 0, 764, 194},
{776, 868, 1552, 560, 674, 1050, 1278, 742, 1084, 810, 1152, 274, 388, 422, 764, 0, 798},
{662, 1210, 754, 1358, 1244, 708, 480, 856, 514, 468, 354, 844, 730, 536, 194, 798, 0},
};
public final long[] demands = {0, 1, 1, 2, 4, 2, 4, 8, 8, 1, 2, 1, 2, 4, 4, 8, 8};
public final long[] vehicleCapacities = {15, 15, 15, 15};
public final int vehicleNumber = 4;
public final int depot = 0;
}
/// @brief Print the solution.
static void printSolution(
DataModel data, RoutingModel routing, RoutingIndexManager manager, Assignment solution) {
// Solution cost.
logger.info("Objective: " + solution.objectiveValue());
// Inspect solution.
long totalDistance = 0;
long totalLoad = 0;
for (int i = 0; i < data.vehicleNumber; ++i) {
long index = routing.start(i);
logger.info("Route for Vehicle " + i + ":");
long routeDistance = 0;
long routeLoad = 0;
String route = "";
while (!routing.isEnd(index)) {
long nodeIndex = manager.indexToNode(index);
routeLoad += data.demands[(int) nodeIndex];
route += nodeIndex + " Load(" + routeLoad + ") -> ";
long previousIndex = index;
index = solution.value(routing.nextVar(index));
routeDistance += routing.getArcCostForVehicle(previousIndex, index, i);
}
route += manager.indexToNode(routing.end(i));
logger.info(route);
logger.info("Distance of the route: " + routeDistance + "m");
totalDistance += routeDistance;
totalLoad += routeLoad;
}
logger.info("Total distance of all routes: " + totalDistance + "m");
logger.info("Total load of all routes: " + totalLoad);
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
Loader.loadNativeLibraries();
// Instantiate the data problem.
final DataModel data = new DataModel();
// Create Routing Index Manager
RoutingIndexManager manager =
new RoutingIndexManager(data.distanceMatrix.length, data.vehicleNumber, data.depot);
// Create Routing Model.
RoutingModel routing = new RoutingModel(manager);
// Create and register a transit callback.
final int transitCallbackIndex =
routing.registerTransitCallback((long fromIndex, long toIndex) -> {
// Convert from routing variable Index to user NodeIndex.
int fromNode = manager.indexToNode(fromIndex);
int toNode = manager.indexToNode(toIndex);
return data.distanceMatrix[fromNode][toNode];
});
// Define cost of each arc.
routing.setArcCostEvaluatorOfAllVehicles(transitCallbackIndex);
// Add Capacity constraint.
final int demandCallbackIndex = routing.registerUnaryTransitCallback((long fromIndex) -> {
// Convert from routing variable Index to user NodeIndex.
int fromNode = manager.indexToNode(fromIndex);
return data.demands[fromNode];
});
routing.addDimensionWithVehicleCapacity(demandCallbackIndex, 0, // null capacity slack
data.vehicleCapacities, // vehicle maximum capacities
true, // start cumul to zero
"Capacity");
// Setting first solution heuristic.
RoutingSearchParameters searchParameters =
main.defaultRoutingSearchParameters()
.toBuilder()
.setFirstSolutionStrategy(FirstSolutionStrategy.Value.PATH_CHEAPEST_ARC)
.setLocalSearchMetaheuristic(LocalSearchMetaheuristic.Value.GUIDED_LOCAL_SEARCH)
.setTimeLimit(Duration.newBuilder().setSeconds(1).build())
.build();
// Solve the problem.
Assignment solution = routing.solveWithParameters(searchParameters);
// Print solution on console.
printSolution(data, routing, manager, solution);
}
private VrpCapacity() {}
}
C#
using System;
using System.Collections.Generic;
using Google.OrTools.ConstraintSolver;
using Google.Protobuf.WellKnownTypes; // Duration
/// <summary>
/// Minimal TSP using distance matrix.
/// </summary>
public class VrpCapacity
{
class DataModel
{
public long[,] DistanceMatrix = {
{ 0, 548, 776, 696, 582, 274, 502, 194, 308, 194, 536, 502, 388, 354, 468, 776, 662 },
{ 548, 0, 684, 308, 194, 502, 730, 354, 696, 742, 1084, 594, 480, 674, 1016, 868, 1210 },
{ 776, 684, 0, 992, 878, 502, 274, 810, 468, 742, 400, 1278, 1164, 1130, 788, 1552, 754 },
{ 696, 308, 992, 0, 114, 650, 878, 502, 844, 890, 1232, 514, 628, 822, 1164, 560, 1358 },
{ 582, 194, 878, 114, 0, 536, 764, 388, 730, 776, 1118, 400, 514, 708, 1050, 674, 1244 },
{ 274, 502, 502, 650, 536, 0, 228, 308, 194, 240, 582, 776, 662, 628, 514, 1050, 708 },
{ 502, 730, 274, 878, 764, 228, 0, 536, 194, 468, 354, 1004, 890, 856, 514, 1278, 480 },
{ 194, 354, 810, 502, 388, 308, 536, 0, 342, 388, 730, 468, 354, 320, 662, 742, 856 },
{ 308, 696, 468, 844, 730, 194, 194, 342, 0, 274, 388, 810, 696, 662, 320, 1084, 514 },
{ 194, 742, 742, 890, 776, 240, 468, 388, 274, 0, 342, 536, 422, 388, 274, 810, 468 },
{ 536, 1084, 400, 1232, 1118, 582, 354, 730, 388, 342, 0, 878, 764, 730, 388, 1152, 354 },
{ 502, 594, 1278, 514, 400, 776, 1004, 468, 810, 536, 878, 0, 114, 308, 650, 274, 844 },
{ 388, 480, 1164, 628, 514, 662, 890, 354, 696, 422, 764, 114, 0, 194, 536, 388, 730 },
{ 354, 674, 1130, 822, 708, 628, 856, 320, 662, 388, 730, 308, 194, 0, 342, 422, 536 },
{ 468, 1016, 788, 1164, 1050, 514, 514, 662, 320, 274, 388, 650, 536, 342, 0, 764, 194 },
{ 776, 868, 1552, 560, 674, 1050, 1278, 742, 1084, 810, 1152, 274, 388, 422, 764, 0, 798 },
{ 662, 1210, 754, 1358, 1244, 708, 480, 856, 514, 468, 354, 844, 730, 536, 194, 798, 0 }
};
public long[] Demands = { 0, 1, 1, 2, 4, 2, 4, 8, 8, 1, 2, 1, 2, 4, 4, 8, 8 };
public long[] VehicleCapacities = { 15, 15, 15, 15 };
public int VehicleNumber = 4;
public int Depot = 0;
};
/// <summary>
/// Print the solution.
/// </summary>
static void PrintSolution(in DataModel data, in RoutingModel routing, in RoutingIndexManager manager,
in Assignment solution)
{
Console.WriteLine($"Objective {solution.ObjectiveValue()}:");
// Inspect solution.
long totalDistance = 0;
long totalLoad = 0;
for (int i = 0; i < data.VehicleNumber; ++i)
{
Console.WriteLine("Route for Vehicle {0}:", i);
long routeDistance = 0;
long routeLoad = 0;
var index = routing.Start(i);
while (routing.IsEnd(index) == false)
{
long nodeIndex = manager.IndexToNode(index);
routeLoad += data.Demands[nodeIndex];
Console.Write("{0} Load({1}) -> ", nodeIndex, routeLoad);
var previousIndex = index;
index = solution.Value(routing.NextVar(index));
routeDistance += routing.GetArcCostForVehicle(previousIndex, index, 0);
}
Console.WriteLine("{0}", manager.IndexToNode((int)index));
Console.WriteLine("Distance of the route: {0}m", routeDistance);
totalDistance += routeDistance;
totalLoad += routeLoad;
}
Console.WriteLine("Total distance of all routes: {0}m", totalDistance);
Console.WriteLine("Total load of all routes: {0}m", totalLoad);
}
public static void Main(String[] args)
{
// Instantiate the data problem.
DataModel data = new DataModel();
// Create Routing Index Manager
RoutingIndexManager manager =
new RoutingIndexManager(data.DistanceMatrix.GetLength(0), data.VehicleNumber, data.Depot);
// Create Routing Model.
RoutingModel routing = new RoutingModel(manager);
// Create and register a transit callback.
int transitCallbackIndex = routing.RegisterTransitCallback((long fromIndex, long toIndex) =>
{
// Convert from routing variable Index to
// distance matrix NodeIndex.
var fromNode = manager.IndexToNode(fromIndex);
var toNode = manager.IndexToNode(toIndex);
return data.DistanceMatrix[fromNode, toNode];
});
// Define cost of each arc.
routing.SetArcCostEvaluatorOfAllVehicles(transitCallbackIndex);
// Add Capacity constraint.
int demandCallbackIndex = routing.RegisterUnaryTransitCallback((long fromIndex) =>
{
// Convert from routing variable Index to
// demand NodeIndex.
var fromNode =
manager.IndexToNode(fromIndex);
return data.Demands[fromNode];
});
routing.AddDimensionWithVehicleCapacity(demandCallbackIndex, 0, // null capacity slack
data.VehicleCapacities, // vehicle maximum capacities
true, // start cumul to zero
"Capacity");
// Setting first solution heuristic.
RoutingSearchParameters searchParameters =
operations_research_constraint_solver.DefaultRoutingSearchParameters();
searchParameters.FirstSolutionStrategy = FirstSolutionStrategy.Types.Value.PathCheapestArc;
searchParameters.LocalSearchMetaheuristic = LocalSearchMetaheuristic.Types.Value.GuidedLocalSearch;
searchParameters.TimeLimit = new Duration { Seconds = 1 };
// Solve the problem.
Assignment solution = routing.SolveWithParameters(searchParameters);
// Print solution on console.
PrintSolution(data, routing, manager, solution);
}
}
Esistono diversi esempi di problemi di routing dei veicoli con altri tipi di vincoli su GitHub (cerca gli esempi che hanno "vrp" nei nomi).
Cosa succede se un problema non ha una soluzione?
Un problema di routing relativo ai vincoli, come un CVRP, potrebbe non avere una soluzione attuabile, ad esempio se la quantità totale di articoli trasportati supera la capacità totale dei veicoli. Se provi a risolvere un problema di questo tipo, il risolutore potrebbe eseguire una ricerca esaustiva, che richiede così tanto tempo che alla fine devi rinunciare e interrompere il programma.
In genere non è un problema. Di seguito sono riportati un paio di modi per impedire l'esecuzione del programma a lungo quando un problema non ha una soluzione:
- Imposta un limite di tempo nel programma, in modo che la ricerca venga interrotta anche se non è stata trovata alcuna soluzione. Tuttavia, tieni presente che se il problema ha una soluzione che richiede una ricerca lunga, il programma potrebbe raggiungere il limite di tempo prima di trovare la soluzione.
- Imposta le sanzioni per le visite alle sedi che cadono. Ciò consente al risolutore di restituire una "soluzione" che non visiti tutte le località nel caso in cui il problema non sia fattibile. Vedi Penalità e calo delle visite.
In generale, può essere difficile capire se un determinato problema ha una soluzione. Anche per un CVRP in cui la domanda totale non supera la capacità totale, determinare se tutti gli articoli verranno inseriti nei veicoli è una versione del problema di più zaini.