运筹优化学习10:分支定界算法求解整数规划问题及其Matlab实现(下)

本文涉及的产品
传统型负载均衡 CLB,每月750个小时 15LCU
应用型负载均衡 ALB,每月750个小时 15LCU
网络型负载均衡 NLB,每月750个小时 15LCU
简介: 运筹优化学习10:分支定界算法求解整数规划问题及其Matlab实现

3.3 C++伪代码

// C++实现分支定界算法的伪代码 
// 函数功能:我们要求一个最小化问题的最优解
//输入参数:problem            组合优化问题
//        objective_function    目标函数值
//        lower_bound_function    问题的下界
CombinatorialSolution branch_and_bound_solve(
    CombinatorialProblem problem, 
    ObjectiveFunction objective_function /*f*/,
    BoundingFunction lower_bound_function /*g*/) 
{
    // Step 1 above
    double problem_upper_bound = std::numeric_limits<double>::infinity; // = B,设置正无穷无穷对问题的上界进行初始化
    CombinatorialSolution heuristic_solution = heuristic_solve(problem); // x_h,启发式算法得到初始解
    problem_upper_bound = objective_function(heuristic_solution); // B = f(x_h),将启发式算法得到的解作为问题的上界
    CombinatorialSolution current_optimum = heuristic_solution;//设置启发算法的解为当前最优解
    // Step 2 above
    queue<CandidateSolutionTree> candidate_queue;
    // problem-specific queue initialization
    candidate_queue = populate_candidates(problem);
    while (!candidate_queue.empty()) { // Step 3 above
        // Step 3.1
        CandidateSolutionTree node = candidate_queue.pop();
        // "node" represents N above
        if (node.represents_single_candidate()) {
        // Step 3.2 如果node是一个候选解,判断其是否小于当前上界,若是则更新上界;否则他就不是最优解,就要停止分支
            if (objective_function(node.candidate()) < problem_upper_bound) {
                current_optimum = node.candidate();
                problem_upper_bound = objective_function(current_optimum);
            }
            // else, node is a single candidate which is not optimum
        }
        else { 
            // Step 3.3: node represents a branch of candidate solutions
            // "child_branch" represents N_i above
            for (auto&& child_branch : node.candidate_nodes) {
                if (lower_bound_function(child_branch) <= problem_upper_bound) {
                    candidate_queue.enqueue(child_branch); // Step 3.3.2
                }
                // otherwise, g(N_i) > B so we prune the branch; step 3.3.1
                //如果得到一个更差的解,我们就放弃该分支
            }
        }
    }
    return current_optimum;
}

4 一个Matlab的实现示例

4.1 linprog函数使用详解

这里调用了Matlab的linprog函数,完整的函数说明文档可在Matlab中输入如下指令:

doc linprog


得到如下界面:

20191011230150688.png

可知,该函数可以求解线性规划问题,设计到的参数说明:

image.png

image.png

其中的options参数:

20191011230633601.png

exitflag参数:

image.png

4.2 一个Matlab求解的代码示例解析

分支定界函数

function [x,val]=kfz(n,f,a,b,aeq,beq,lb,ub)
%获取变量个数的向量
x=zeros(n,1);
% x1=zeros(n,1);
m1=2;
m2=1;
%嗲用lingprog得到线性规划问题的最优解
[x1,val1]=linprog(f,a,b,aeq,beq,lb,ub)
if (x1==0)
    x=x1;
    val=val1
elseif (round(x1)==x1)%线性问题的最优解都是整数,则它也是原问题的最优解
    x=x1;
    val=val1
else
    e1={0,a,b,aeq,beq,lb,ub,x1,val1};
    e(1,1)={e1};
zl=0;
zu=-val1
while (zu~=zl)
for c=1:1:m2
if (m1~=2)
if (cell2mat(e{m1-1,c}(1))==1)
e1={1,[],[],[],[],[],[],[],0};
e(m1,c*2-1)={e1};
e(m1,c*2)={e1};
continue;
end;
end;
x1=cell2mat(e{m1-1,c}(8));
x2=zeros(n,1);
s=0;
s1=1;
s2=1;
lb1=cell2mat(e{m1-1,c}(6));
ub1=cell2mat(e{m1-1,c}(7));
lb2=cell2mat(e{m1-1,c}(6));
ub2=cell2mat(e{m1-1,c}(7));
for d=1:1:n
if (abs((round(x1(d))-x1(d)))>0.0001)&(s==0)
s=1;
lb1(d)=fix(x1(d))+1
if (a*lb1<=b)
s1=0;
end;
ub2(d)=fix(x1(d))
if (a*lb2<=b)
s2=0;
end;
end;
end;
e1={s1,a,b,aeq,beq,lb1,ub1,[],0};
e2={s2,a,b,aeq,beq,lb2,ub2,[],0};
e(m1,c*2-1)={e1};
e(m1,c*2)={e2};
end;
m1=m1+1;
m2=m2*2;
for c=1:1:m2
if (cell2mat(e{m1-1,c}(1))==0)
[x1,val1]=linprog(f,cell2mat(e{m1-1,c}( 2)),cell2mat(e{m1-1,c}(3)),cell2mat(e{m1-1,c}(4)),cell2mat(e{m1-1,c}(5)),cell2mat(e{m1-1,c}(6)),cell2mat(e{m1-1,c}(7)));
e1={cell2mat(e{m1-1,c}(1)),cell2mat(e{m1-1,c}(2)),cell2mat(e{m1-1,c}(3)),cell2mat(e{m1-1,c}(4)),cell2mat(e{m1-1,c}(5)),cell2mat(e{m1-1,c}(6)),cell2mat(e{m1-1,c}(7)),x1,val1};
e(m1-1,c)={e1};
end;
z=val1;
if ((-z)<(-zl))
e1={1,[],[],[],[],[],[],[],0};
e(m1-1,c)={e1};
elseif (abs(round(x1)-x1)<=0.0001)
zl=z
end;
end;
for c=1:1:m2
if (cell2mat(e{m1-1,c}(1))==0) 
zu=cell2mat(e{m1-1,c}(9))
end;
end;
for c=1:1:m2
if (-cell2mat(e{m1-1,c}(9))>(-zu))
zu=cell2mat(e{m1-1,c}(9))
end;
end;
end;
for c=1:1:m2
if (cell2mat(e{m1-1,c}(1))==0)&(cell2mat(e{m1-1,c}(9))==zu)
x=cell2mat(e{m1-1,c}(8))
end;
end;
val=-zu;
end;

调用

f = [-1, -5];
A = [-1, 1;
    5, 6;];
b = [2; 30];
Aeq = [];
beq = [];
lb = [0; 0];
ub = [4; inf];
[x,val]=kfz(2,f,A,b,Aeq,beq,lb,ub)

结果:

>> Untitled2
Optimization terminated.
x1 =
    1.6364
    3.6364
val1 =
  -19.8182
zu =
   19.8182
lb1 =
     2
     0
ub2 =
     1
   Inf
Optimization terminated.
Optimization terminated.
zl =
  -16.0000
zu =
  -18.6667
zu =
  -16.0000
zu =
  -18.6667
lb1 =
     2
     4
ub2 =
     4
     3
zl =
  -16.0000
Optimization terminated.
zu =
  -17.4000
lb1 =
     3
     0
ub2 =
     2
     3
Optimization terminated.
Optimization terminated.
zl =
  -17.0000
zl =
  -17.0000
zl =
  -17.0000
zl =
  -17.0000
zl =
  -17.0000
zu =
  -17.0000
x =
    2.0000
    3.0000
x =
    2.0000
    3.0000
val =
   17.0000
>> 

5 参考文献

分支界定法 branch-and-bound 分析与实现

运筹学分支定界法MATLAB


相关实践学习
使用CloudLens观测ALB下的网站访问情况
通过本实验,您可搭建网站,并使用ALB进行负载均衡,同时使用CloudLens for ALB一键采集ALB日志,进行ALB 7层日志分析、秒级监控指标分析、基于AIOps的自动异常巡检等操作。
负载均衡入门与产品使用指南
负载均衡(Server Load Balancer)是对多台云服务器进行流量分发的负载均衡服务,可以通过流量分发扩展应用系统对外的服务能力,通过消除单点故障提升应用系统的可用性。 本课程主要介绍负载均衡的相关技术以及阿里云负载均衡产品的使用方法。
相关文章
|
2月前
|
机器学习/深度学习 数据安全/隐私保护 计算机视觉
matlab学习(二)
matlab学习(二)
|
2月前
|
机器学习/深度学习 算法 安全
m基于Q-Learning强化学习的路线规划和避障策略matlab仿真
MATLAB 2022a仿真实现了Q-Learning算法在路线规划与避障中的应用,展示了智能体在动态环境中学习最优路径的过程。Q-Learning通过学习动作价值函数Q(s,a)来最大化长期奖励,状态s和动作a分别代表智能体的位置和移动方向。核心程序包括迭代选择最优动作、更新Q矩阵及奖励机制(正奖励鼓励向目标移动,负奖励避开障碍,探索奖励平衡探索与利用)。最终,智能体能在复杂环境中找到安全高效的路径,体现了强化学习在自主导航的潜力。
44 0
|
2月前
|
算法 决策智能
如何用算法规划完美的相亲假期 - 小美的春节排班挑战
排班是一个经典的组合优化问题,而相亲排班可谓是它的一种别出心裁的应用。小美的挑战在于,如何在有限的8天空闲时间内,安排至少12场有效的相亲,并且满足诸如“父母严选”和通勤时间等一系列复杂的条件。
|
1月前
|
SQL 算法 数据挖掘
深入探索力扣第12题:整数转罗马数字的算法之旅
深入探索力扣第12题:整数转罗马数字的算法之旅
|
2月前
|
算法 C语言
【C语言】求最小新整数(贪心算法)
【C语言】求最小新整数(贪心算法)
25 1
基于混合整数规划的微网储能电池容量规划(matlab代码)
基于混合整数规划的微网储能电池容量规划(matlab代码)
|
2月前
|
算法
简记二分算法模板与代码案例:整数二分和浮点数二分
本文介绍了两种算法模板,分别是整数二分和浮点数二分。
20 0
|
2月前
|
算法 数据安全/隐私保护
matlab学习(三)
matlab学习(三)
|
2月前
|
计算机视觉
matlab学习(一)(3.26-4.1)
matlab学习(一)(3.26-4.1)
|
2月前
|
数据安全/隐私保护
耐震时程曲线,matlab代码,自定义反应谱与地震波,优化源代码,地震波耐震时程曲线
地震波格式转换、时程转换、峰值调整、规范反应谱、计算反应谱、计算持时、生成人工波、时频域转换、数据滤波、基线校正、Arias截波、傅里叶变换、耐震时程曲线、脉冲波合成与提取、三联反应谱、地震动参数、延性反应谱、地震波缩尺、功率谱密度