旅行商问题 Traveling Salesman Problem(TSP)

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一、问题描述:是一个经典的组合优化问题

一个商人从一点出发,经过所有点后返回原点。

目标:经过所有点的最短路程。

约束:

1,除起点和终点外,所有点当且仅当经过一次;

2,起点与终点重合;所有点构成一个连通图


图论解释:该问题实质是在一个带权完全无向图中,找一个权值最小的哈密尔顿回路

哈密尔顿回路(Hamilton回路)

定义:G=(V,E)是一个图,遍历图中每个顶点一次且仅一次的路线称为哈密尔顿路径,遍历图中每个顶点一次且仅一次的回路(从哪里出发再回到哪里)称为哈密尔顿回路。具有哈密尔顿回路的图叫做哈密尔顿图

【离散数学】图论(四)哈密顿回路(Hamiltonian cycle) - 简书 (jianshu.com)


二、TSP问题建模

旅行商问题 Traveling Salesman Problem(TSP)

(29条消息) 旅行商(TSP)问题建模和子路径(subtour)消除约束详解_Dragon Fly的博客-CSDN博客_tsp约束条件

旅行商问题 Traveling Salesman Problem(TSP)

三、存在子回路(subtour)

旅行商问题 Traveling Salesman Problem(TSP)

导致解中含有多个相离的环,也就是subtour。需要的解是一个单个的经过所有点的大环


  子路径消除约束常见两种:

  1. 加入subtour-elimination 约束
  2. 加入Miller-Tucker-Zemlin(MTZ)约束

1: subtour-elimination 消除子环路

主要想法就是,根据子环路的特点,在模型中添加相应的约束,将其破开>>增加子环路不存在的条件就是(即破圈的方法)

旅行商问题 Traveling Salesman Problem(TSP)

粗犷理解:点的个数为N,S为点的集合,除了包含全部点的集合的情况,所有其他少了一个或几个点的集合所形成的点点线条必须小于等于(集合中点总数-1)(即少了一个或几个点后,连线边要求比现存的点少)

旅行商问题 Traveling Salesman Problem(TSP)

旅行商问题 Traveling Salesman Problem(TSP)

subtour-elimination的约束,思路就是相当于割平面法,是一个枚举的约束,复杂度
采用Gurobi或者CPLEX求解器中提供的callback(回调函数)的方法来动态的添加subtour-elimination约束。


2 : Miller-Tucker-Zemlin(MTZ)约束消除子环路

对每个结点,引入一个决策变量,

 旅行商问题 Traveling Salesman Problem(TSP)

 粗犷理解:M 取无穷大数,是运筹学中常见的基本操作​​​​​​​,取M = N (N为节点的个数)

旅行商问题 Traveling Salesman Problem(TSP)
由于TSP的起点和终点是一致的,如果不做处理,会出现infeasible的情况

 修正:点集为V ′ = { 1 , 2 , ⋯   , N , N + 1 } V'=\{1,2,..., N,N+1},一共N + 1 个点,其中点1和点N + 1 是同一个点,点1表示起点,点N + 1 表示终点
旅行商问题 Traveling Salesman Problem(TSP)

​​​​​​​(29条消息) 运筹学修炼日记:TSP中两种不同消除子环路的方法及callback实现(Python调用Gurobi求解,附以王者荣耀视角解读callback的工作逻辑)_刘兴禄的博客-CSDN博客文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-437160.html

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