Vấn đề về việc định tuyến phương tiện đi lại (CVRP) là một VRP, trong đó những phương tiện có sức chứa hạn chế cần đến lấy hoặc giao hàng ở nhiều địa điểm. Các mặt hàng có số lượng, chẳng hạn như trọng lượng hoặc thể tích, và xe có dung lượng tối đa để mang theo. Vấn đề là khi đến lấy hoặc giao các mặt hàng với chi phí thấp nhất, trong khi không bao giờ vượt quá sức chứa của xe.
Trong ví dụ sau, chúng tôi giả định rằng tất cả các mặt hàng đang được đến lấy. Chương trình giải quyết vấn đề này cũng hoạt động nếu tất cả các mục đang được phân phối: trong trường hợp này, bạn có thể nghĩ đến điều kiện hạn chế về dung lượng đang được áp dụng khi các phương tiện rời khỏi kho đầy đủ. Tuy nhiên, các quy tắc ràng buộc về khả năng xử lý được triển khai theo cách giống nhau trong cả hai trường hợp.
Ví dụ về CVRP
Tiếp theo, chúng ta sẽ mô tả một ví dụ về thực tế ảo có giới hạn dung lượng. Ví dụ này mở rộng ví dụ về VRP trước và thêm các yêu cầu sau. Tại mỗi địa điểm, có một nhu cầu tương ứng với số lượng mặt hàng cần đến lấy. Ngoài ra, mỗi xe có sức chứa tối đa là 15. (Chúng tôi không chỉ định các đơn vị cho nhu cầu hoặc khả năng.)
Lưới dưới đây cho thấy các vị trí được ghé thăm có màu xanh dương và vị trí của công ty có màu đen. Nhu cầu được hiển thị ở phía dưới bên phải của từng vị trí. Hãy xem nội dung Toạ độ vị trí trong phần VRP để biết thêm chi tiết về cách xác định các vị trí.
Vấn đề là tìm chỉ định tuyến đường cho các phương tiện có tổng quãng đường ngắn nhất, và tổng số xe mà phương tiện đang vận chuyển không bao giờ vượt quá sức chứa.
Giải quyết ví dụ về CVRP bằng OR-Tools
Các phần sau giải thích cách giải quyết ví dụ CVRP bằng OR-Tools.
Tạo dữ liệu
Dữ liệu cho ví dụ này bao gồm dữ liệu trong ví dụ về VRP trước, cũng như thêm các nhu cầu và dung lượng xe sau:
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 };
Các mục mới trong dữ liệu là:
- Nhu cầu: Mỗi vị trí có một nhu cầu tương ứng với số lượng mặt hàng – ví dụ: trọng lượng hoặc số lượng mặt hàng cần đến lấy.
- Sức chứa: Mỗi xe có dung lượng: số lượng tối đa mà xe có thể chứa. Khi một phương tiện di chuyển dọc theo tuyến đường của nó, tổng số lượng vật dụng mà nó mang theo không bao giờ được vượt quá sức chứa.
Thêm lệnh gọi lại khoảng cách
Lệnh gọi lại khoảng cách (hàm trả về khoảng cách giữa hai vị trí bất kỳ) được xác định giống như trong ví dụ về VRP trước.
Thêm lệnh gọi lại nhu cầu và các hạn chế về dung lượng
Ngoài lệnh gọi lại khoảng cách, trình giải toán còn yêu cầu lệnh gọi lại nhu cầu, lệnh này sẽ trả về nhu cầu tại mỗi vị trí và một thứ nguyên cho các hạn chế về dung lượng. Mã sau đây tạo ra các giá trị này.
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");
Không giống như lệnh gọi lại khoảng cách (lấy một cặp vị trí làm đầu vào), lệnh gọi lại nhu cầu chỉ phụ thuộc vào vị trí (from_node) của quá trình phân phối.
Vì các giới hạn sức chứa liên quan đến trọng lượng của tải mà xe mang theo (một số lượng tích luỹ trên tuyến đường) nên chúng ta cần tạo một phương diện cho sức chứa, tương tự như kích thước khoảng cách trong ví dụ về VRP trước.
Trong trường hợp này, chúng tôi sẽ sử dụng phương thức
AddDimensionWithVehicleCapacity. Phương thức này sẽ lấy một vectơ của các hạn mức.
Vì tất cả dung lượng của xe trong ví dụ này đều giống nhau, nên bạn có thể sử dụng phương thức AddDimension. Phương thức này sẽ nhận một giới hạn trên của tất cả số lượng xe. Tuy nhiên, AddDimensionWithVehicleCapacity sẽ xử lý trường hợp chung hơn, trong đó các phương tiện khác nhau có dung lượng khác nhau.
Vấn đề về nhiều loại sức chứa và sức chứa
Trong các CVRP phức tạp hơn, mỗi xe có thể vận chuyển một số loại hàng hoá với sức chứa tối đa đối với mỗi loại. Ví dụ: một xe tải phân phối nhiên liệu có thể chở một số loại nhiên liệu, sử dụng nhiều thùng với các dung tích khác nhau. Để xử lý các vấn đề như vậy, bạn chỉ cần tạo một phương thức gọi lại và kích thước khác nhau cho từng loại hàng hoá (hãy nhớ chỉ định tên riêng biệt cho các tên hàng đó).
Thêm máy in giải pháp
Máy in giải pháp cho bạn xem tuyến đường của từng xe, cùng với tải: tổng số lượng xe đang mang tại các điểm dừng trên tuyến đường của xe.
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);
}
Hàm chính
Hàm chính cho ví dụ này rất giống với hàm cho ví dụ về TSP, nhưng cũng thêm phương diện nhu cầu và dung lượng như mô tả ở trên.
Chạy chương trình
Bạn sẽ thấy chương trình hoàn chỉnh trong phần tiếp theo. Khi chạy chương trình, bạn sẽ thấy kết quả sau:
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
Đối với mỗi vị trí trên một tuyến đường, kết quả sẽ hiển thị:
- Chỉ mục của vị trí.
Tổng tải trọng mà xe mang theo khi khởi hành
Các tuyến đường sẽ được trình bày bên dưới.
Hoàn thành chương trình
Dưới đây là danh sách chương trình hoàn chỉnh cho vấn đề định tuyến xe điện dung.
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);
}
}
Có một số ví dụ về các vấn đề liên quan đến việc định tuyến xe với các loại quy tắc ràng buộc khác trên GitHub (tìm những ví dụ về tên có "vrp" trong tên).
Điều gì sẽ xảy ra nếu một vấn đề không có giải pháp?
Sự cố định tuyến với các hạn chế, chẳng hạn như CVRP, có thể không có giải pháp khả thi – ví dụ: nếu tổng số lượng mặt hàng được vận chuyển vượt quá tổng sức chứa của xe. Nếu bạn cố gắng giải quyết vấn đề như vậy, trình giải có thể thực hiện một lượt tìm kiếm toàn diện. Quá trình này kéo dài đến mức cuối cùng bạn phải bỏ cuộc và làm gián đoạn chương trình.
Thường thì điều này không có vấn đề gì. Tuy nhiên, sau đây là một số cách để ngăn chương trình của bạn chạy một thời gian dài khi vấn đề không có giải pháp:
- Đặt giới hạn thời gian trong chương trình, giới hạn lượt tìm kiếm ngay cả khi không tìm thấy giải pháp nào. Tuy nhiên, hãy lưu ý rằng nếu sự cố có giải pháp cần tìm kiếm dài thì chương trình có thể đạt đến giới hạn thời gian trước khi tìm ra giải pháp.
- Đặt hình phạt cho việc ghé thăm địa điểm thực tế. Điều này cho phép trình giải quyết trả về một "giải pháp" không truy cập vào tất cả các vị trí trong trường hợp vấn đề không khả thi. Vui lòng xem phần Mức phạt và số lượt truy cập giảm.
Nhìn chung, thật khó để biết liệu một vấn đề nhất định đã có giải pháp hay chưa. Ngay cả đối với một CVRP mà trong đó tổng nhu cầu không vượt quá tổng dung lượng, thì việc xác định xem tất cả các mục có phù hợp với xe hay không là một phiên bản của vấn đề về knapsack.