1. 模型
整数规划的模型与线性规划基本相同,只是额外的添加了部分变量为整数的约束。
2. 求解步骤
整数规划求解的基本框架是分支定界法(Branch and bound,BnB)。首先去除整数约束得到“松弛模型”,使用线性规划的方法求解。若有某个变量不是整数,在松弛模型上分别添加约束:
x ≤ floor(A)
和
x ≥ ceil(A)
然后再分别求解,这个过程叫做分支。当节点求解结果中所有变量都是整数时,停止分支。这样不断迭代,形成了一棵树。
所谓的定界,指的是叶子节点产生后,相当于给问题定了一个下界。之后在求解过程中一旦某个节点的目标函数值小于这个下界,那就直接pass,不用再进行分支了;每次新产生叶子节点,则更新下界。
3. python算法实现
import math
from scipy.optimize import linprog
import sys
def integerPro(c, A, b, Aeq, beq,t=1.0E-12):
res = linprog(c, A_ub=A, b_ub=b, A_eq=Aeq, b_eq=beq)
if (type(res.x) is float):
bestX = [sys.maxsize]*len(c)
else:
bestX = res.x
bestVal = sum([x*y for x,y in zip(c, bestX)])
if all(((x-math.floor(x))<t or (math.ceil(x)-x)<t) for x in bestX):
return (bestVal,bestX)
else:
ind = [i for i, x in enumerate(bestX) if (x-math.floor(x))>t and (math.ceil(x)-x)>t][0]
newCon1 = [0]*len(A[0])
newCon2 = [0]*len(A[0])
newCon1[ind] = -1
newCon2[ind] = 1
newA1 = A.copy()
newA2 = A.copy()
newA1.append(newCon1)
newA2.append(newCon2)
newB1 = b.copy()
newB2 = b.copy()
newB1.append(-math.ceil(bestX[ind]))
newB2.append(math.floor(bestX[ind]))
r1 = integerPro(c, newA1, newB1, Aeq, beq)
r2 = integerPro(c, newA2, newB2, Aeq, beq)
if r1[0] < r2[0]:
return r1
else:
return r2
例子:输入
c = [3,4,1]
A = [[-1,-6,-2],[-2,0,0]]
b = [-5,-3]
Aeq = [[0,0,0]]
beq = [0]
print(integerPro(c, A, b, Aeq, beq))
输出
(8.0, array([2., 0., 2.]))
其中8是目标函数值,2,0,2是3个整数变量的值。