matlab milp,混合整数线性规划 (MILP)

该博客对比了MATLAB中解决混合整数线性规划(MILP)问题时,使用和不使用初始可行点的效率。在示例问题中,通过设置线性等式约束和整数变量,发现提供初始点能显著减少分支定界步数,从而提高求解速度。

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比较在具有和没有初始可行点的情况下求解整数规划问题的步数。此问题有八个变量、四个线性等式约束,所有变量都约束为正值。

定义线性等式约束矩阵和向量。

Aeq = [22 13 26 33 21 3 14 26

39 16 22 28 26 30 23 24

18 14 29 27 30 38 26 26

41 26 28 36 18 38 16 26];

beq = [ 7872

10466

11322

12058];

设置下界以将所有变量限制为非负值。

N = 8;

lb = zeros(N,1);

指定所有变量均为整数值。

intcon = 1:N;

设置目标函数向量 f。

f = [2 10 13 17 7 5 7 3];

在不使用初始点的情况下求解问题,并检查显示以查看分支定界节点的数量。

[x1,fval1,exitflag1,output1] = intlinprog(f,intcon,[],[],Aeq,beq,lb);

LP: Optimal objective value is 1554.047531.

Cut Generation: Applied 8 strong CG cuts.

Lower bound is 1591.000000.

Branch and Bound:

nodes total num int integer relative

explored time (s) solution fval gap (%)

10000 0.83 0 - -

18027 1.33 1 2.906000e+03 4.509804e&

### 使用 Gurobi 求解 MILP 模型的示例 Gurobi 是一种高效的优化求解器,能够处理混合整数线性规划 (MILP) 问题。下面提供了一个完整的 Python 示例代码,展示如何通过 Gurobi 的 Python 接口 `gurobipy` 来构建并求解一个简单的 MILP 模型。 #### 安装依赖 在运行以下代码之前,请确保已安装 Gurobi 和其对应的 Python 库 `gurobipy`。可以通过官方文档中的说明完成安装过程[^3]。 #### 示例代码 假设我们有一个如下形式的 MILP 问题: 目标函数: \[ \text{maximize } z = 3x_1 + 2x_2 \] 约束条件: \[ \begin{aligned} & x_1 + x_2 \leq 4 \\ & 2x_1 + x_2 \leq 5 \\ & x_1, x_2 \geq 0 \\ & x_1, x_2 \in \mathbb{Z}. \end{aligned} \] 下面是基于上述问题的具体实现代码: ```python from gurobipy import Model, GRB # 创建模型实例 model = Model("MILP_example") # 添加变量 x1 = model.addVar(vtype=GRB.INTEGER, name="x1", lb=0) x2 = model.addVar(vtype=GRB.INTEGER, name="x2", lb=0) # 更新模型以集成新变量 model.update() # 设置目标函数 model.setObjective(3 * x1 + 2 * x2, GRB.MAXIMIZE) # 添加约束条件 model.addConstr(x1 + x2 <= 4, "c0") model.addConstr(2 * x1 + x2 <= 5, "c1") # 调整参数(可选) model.Params.TimeLimit = 60 # 设置最大求解时间为60秒 model.Params.MIPGap = 0.05 # 设置允许的最大相对误差为5% # 开始优化 model.optimize() # 输出结果 if model.status == GRB.OPTIMAL: print(f'Optimal solution found:') print(f'x1 = {x1.x}') print(f'x2 = {x2.x}') print(f'Objective value = {model.objVal}') else: print('No optimal solution found.') ``` 此代码定义了一个具有两个决策变量 \(x_1\) 和 \(x_2\)MILP 模型,并设置了相应的约束和目标函数。最后调用了 Gurobi 进行求解,并打印最优解及其对应的目标值[^1]。 #### 参数设置解释 - **TimeLimit**: 控制求解时间上限,单位为秒。 - **MIPGap**: 表示可以接受的最佳解与当前找到的次优解之间的差距比例。如果设定为 0,则表示只接受全局最优解;若设为正数(如 0.05),则意味着允许最多 5% 的偏差。 --- ###
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