优化 Gurobi 在小型 CVRP 模型中的预处理时间-Python教程-PHP中文网

优化 Gurobi 在小型 CVRP 模型中的预处理时间

花韻仙語

发布： 2025-09-27 17:31:00

原创

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优化 gurobi 在小型 cvrp 模型中的预处理时间

在使用 Gurobi 优化器解决车辆路径问题（CVRP）时，即使对于相对较小的模型，也可能遇到预处理（Presolve）阶段耗时过长的问题。本文将探讨可能导致此问题的原因，并提供一些优化策略，帮助你缩短预处理时间，从而提高整体求解效率。这些策略包括理解问题复杂性、调整参数、数据预处理以及考虑模型重构。

理解问题复杂性

车辆路径问题（CVRP）本身就是一个 NP-hard 问题，这意味着随着问题规模的增加，求解难度会呈指数级增长。即使客户数量只增加几个，也可能导致求解时间显著增加。此外，车辆数量也会影响求解时间。当车辆数量较少时，问题会变得更加受限，求解器需要花费更多时间来寻找可行的解决方案。

调整 Gurobi 参数

虽然禁用 PreSolve 参数可能没有直接改善预处理时间，但可以尝试其他参数调整来优化求解过程：

Presolve 参数： 尝试将 Presolve 参数设置为较低的值，例如 1 或 0，逐步降低预处理的强度，观察对求解时间的影响。Presolve=0 完全禁用预处理，Presolve=1 仅进行保守的预处理。
Cuts 参数： 禁用或减少切割平面生成。切割平面可以加强模型的线性松弛，但生成它们也需要时间。尝试设置 Cuts=0 或降低其默认值。
Heuristics 参数： 调整启发式算法的强度。启发式算法可以快速找到较好的可行解，从而帮助求解器更快地收敛。尝试增加 Heuristics 参数的值，例如设置为 0.5 或 1.0。
Threads 参数： 虽然减少线程数没有解决最初的问题，但确保线程数设置合理仍然很重要。如果问题规模较小，过多的线程可能会导致资源竞争，反而降低效率。尝试将线程数设置为物理核心数，避免超线程带来的性能损失。
NumericFocus 参数： 提高数值精度，特别是在模型包含数值敏感的约束时。设置 NumericFocus=3 可以强制 Gurobi 在数值计算上投入更多精力。

以下代码展示了如何在 Python 中使用 Gurobi API 设置这些参数：

天工大模型

中国首个对标ChatGPT的双千亿级大语言模型

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import gurobipy as gp
from gurobipy import GRB

# 创建模型
model = gp.Model("CVRP")

# 设置参数
model.Params.Presolve = 1
model.Params.Cuts = 0
model.Params.Heuristics = 0.5
model.Params.Threads = 28 # 假设有 28 个物理核心
model.Params.NumericFocus = 3

# 添加变量、约束和目标函数 (省略)
# ...

# 求解模型
model.optimize()

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数据预处理

仔细检查输入数据，确保数据质量。异常值或不一致的数据可能导致预处理阶段花费更多时间。例如，检查距离矩阵是否对称，需求量是否合理等。

模型重构

如果以上方法都无法显著改善预处理时间，可以考虑对模型进行重构。以下是一些可能的重构策略：

更强的约束： 添加冗余约束，加强模型的线性松弛。例如，可以添加割平面约束来消除部分不可行解。
变量定义： 考虑使用不同的变量定义方式。例如，可以使用弧流变量或路径变量来表示车辆的行驶路线。不同的变量定义方式可能导致不同的模型结构，从而影响求解效率。
分解方法： 对于大规模问题，可以考虑使用分解方法，例如 Dantzig-Wolfe 分解或 Benders 分解。这些方法将原问题分解为多个子问题，分别求解，然后通过迭代的方式得到原问题的解。