机器学习视频第一课(装箱问题)

这篇博客探讨了机器学习中与装箱问题相关的概率计算,详细阐述了如何计算不同数量正品和次品放入三个箱子的概率。通过具体例子,如12件正品和3件次品的情况,给出了计算公式,并最终得出总概率为25/91。此外,内容还提及熵的推导,是理解机器学习基础概念的一个实践应用。

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先算出3件次品放入3个箱子的概率: A(3,3)

12件正品放入3个箱子的概率: C(12,4)*C(8,4)*C(4,4)*A(3,3)


所有的可能性:

15件正品放入3个箱子的概率:C(15,5)*C(10,5)*C(5,5)*A(3,3)


所有概率公式为:  [C(12,4)*C(8,4)*C(4,4)*A(3,3)*A(3,3)]/[C(15,5)*C(10,5)*C(5,5)*A(3,3)]

【资源说明】 1、该资源包括项目的全部源码,下载可以直接使用! 2、本项目适合作为计算机、数学、电子信息等专业的课程设计、期末大作业和毕设项目,作为参考资料学习借鉴。 3、本资源作为“参考资料”如果需要实现其他功能,需要能看懂代码,并且热爱钻研,自行调试。 DQN深度强化学习解决三维在线装箱问题python源码+项目说明.zip ## 问题描述 物流公司在流通过程中,需要将打包完毕的箱子装入到一个货车的车厢中,为了提高物流效率,需要将车厢尽量填满,显然,车厢如果能被100%填满是最优的,但通常认为,车厢能够填满85%,可认为装箱是比较优化的。 设车厢为长方形,其长宽高分别为L,W,H;共有n个箱子,箱子也为长方形,第i个箱子的长宽高为li,wi,hi(n个箱子的体积总和是要远远大于车厢的体积),做以下假设和要求: 1. 长方形的车厢共有8个角,并设靠近驾驶室并位于下端的一个角的坐标为(0,0,0),车厢共6个面,其中长的4个面,以及靠近驾驶室的面是封闭的,只有一个面是开着的,用于工人搬运箱子; 2. 需要计算出每个箱子在车厢中的坐标,即每个箱子摆放后,其和车厢坐标为(0,0,0)的角相对应的角在车厢中的坐标,并计算车厢的填充率。 ## 运行环境 主机 |内存 | 显卡 | IDE | Python | torch -----|------|------|-----|--------|----- CPU:12th Gen Intel(R) Core (TM) i7-12700H 2.30 GHz | 6GB RAM | NVIDIA GEFORCE RTX 3050 | Pycharm2022.2.1 | python3.8 | 1.13.0 ## 思路 (1)箱子到来后,根据车厢的实际空间情况,按照策略选择放置点; (2)当摆放箱子时,以6种姿态摆放,并对其进行评估,使用评估值最高的姿态将箱子摆放在选中的角点上; (3)重复以上步骤,直到摆放完毕。 ## 建立模型 在车厢内部设置坐标系,靠近驾驶室并位于下端的一个角的坐标为(0,0,0),相交于原点的车厢长边、宽边和高边分别为x轴,y轴和z轴方向,L、W、H分别为车厢的长、宽、高。箱子具有六种摆放姿态,分别以箱子的长宽、长高、宽高平面为底,旋转90°可以得到另外三种摆放姿态。 ## 核心 ### 箱子放置策略 本算法将角点作为车厢内部空间中箱子的摆放位置,每次放入新箱子后搜索新生成的角点,当向车厢中放入第一个箱子时,假设车厢中只有原点一个角点,当一个箱子放入后,会产生新的角点,再放置箱子后,又会产生新的角点。 建立箱子可放置点列表,表示箱子i到来时,车厢内部所有可选的摆放位置,在放置新箱子后更新可放置点列表,并记录已放置箱子到车厢顶部距离,用于后续的奖励函数。 ### DQN (1)设置一些超参数,包括ε-greedy使用的ε,折扣因子γ,目标网络更新频率,经验池容量等。 (2)由于给定的箱子数据较少,为了增加模型训练数据数量,将给定的箱子数据打乱,以随机的形式生成并保存,作为训练数据,训练网络模型。 (3)奖励函数 使用x-y平面中两个最大剩余矩形面积(如下图)之和与箱子到车厢顶部的距离作为奖励值R,奖励函数表示如下: (4)动作-价值函数网络和目标动作-价值函数网络设置为包含6层卷积层的CNN。对当前状态和动作建模,使其能够输入到价值网络Q和Q’中。以车厢的底面为基准,建模L*W的矩阵,每个元素代表该点放置的箱子最大高度。 (5)动作选择 根据当前的状态(当前车厢的属性,包括尺寸、放置的所有箱子、H矩阵、可放置点列表等),使用ε-greedy方法选择具有最大Q值的动作或随机选择动作(动作是箱子的放置点和摆放姿态)。 (6)经验重放 ## 说明 将所有文件夹放置在同一目录下,train.py用于模型训练,cnn.pth是已经训练好的模型,在eval.py中导入后直接运行eval.py即可。 ## 不足 1、填充率 一般认为车厢填充率高于85%,认为装箱算法是较优的,本实验设计的装箱方案填充率较低,在60%-80%间,分析原因可能在于强化学习网络的参数不够合适,算法有待优化。 改进的方向:调整强化学习网络的参数,选择更加合适的参数。
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