基于三步动态规划的三维装箱方案生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及三维装箱方法领域技术领域，具体地说，涉及基于三步动态规划的三 维装箱方案生成方法。
【背景技术】
[0002] 三维装箱问题是在集装箱货物装运、封闭式货车货物装运领域经常遇到的问题， 研究三维装箱问题可以帮助企业客户提高集装箱容积利用率，降低货运成本、提高货运利 润。
[0003] 三维装箱问题属于典型的NP-Hard问题，求解难度大。目前求解三维装箱问题主 要基于砌墙策略、建堆策略、空间分割策略和拟人策略等。
[0004] 上述方案中，主要采用启发式算法在有限空间内穷举装箱方案，装箱率不高，且在 计算机上的运算时间较长。
【发明内容】
[0005] 为了解决目前三维装箱技术领域存在的问题，本发明提供基于三步动态规划的三 维装箱方案生成方法，其具体的技术方案如下：
[0006] 基于三步动态规划的三维装箱方案生成方法，将三维装箱问题分解为按先后顺序 执行的三个01背包问题，将三维装箱方案的生成过程转换为三个01背包问题的求解，具体 按以下步骤进行：
[0007] 步骤一、读取长方体形状容器的长宽高尺寸，读取所有待装入容器的长方体箱子 的长宽高尺寸以及放置方向约束，放置方向约束包括：是否允许长度向上放置、是否允许宽 度向上放置、是否允许高度向上放置；
[0008] 步骤二、以长方形容器的高为背包容量，以待装入容器的箱子集合为待装入背包 的货物集合，以每个箱子在容器高度方向的可能尺寸为每个货物的重量，以被选中的箱子 体积和为背包货物总价值，求解该01背包问题，将所有待装入容器的箱子组合成多个优 条，得到优条集合；
[0009] 步骤三、以长方形容器的宽度为背包容量，以步骤二中生成的所有优条为待装入 背包的货物集合，以每个优条在容器宽度方向的可能尺寸为每个货物的重量，以被选中的 优条体积之和为背包货物总价值，求解该01背包问题，将优条集合中所有优条组合成多个 优层，得到优层集合；
[0010] 步骤四、以长方形容器的长度为背包容量，以步骤三中生成的所有优层为待装入 背包的货物集合，以每个优层在容器长度方向的尺寸为每个货物的重量，以被选中的优层 体积之和为背包货物总价值，求解该01背包问题，根据优层集合中所有优层，生成一个优 箱，从而得到一个三维装箱方案；
[0011] 步骤五、给出三维装箱方案的3D图显示，装箱方案生成结束。
[0012] 其中，步骤二中，每一个箱子在容器长度方向和宽度方向的尺寸必须小于给定值； 利用动态规划方法求解一次Ol背包问题得到一个箱子集合，称该箱子集合为优条；
[0013] 每生成一个优条，就从待装入容器的箱子集合中去除该优条中包含的所有箱子； 然后再通过求解01背包问题生成新的优条，再从待装入容器的箱子集合中去除新的优条 中包含的所有箱子，循环求解01背包问题，直至所有待装入容器的箱子都形成优条为止；
[0014] 每个优条中所有箱子沿容器高度方向放置，优条的宽度等于优条中所有箱子在容 器宽度方向尺寸的最大值，优条的长度等于优条中所有箱子在容器长度方向尺寸的最大 值，优条的高度等于优条中所有箱子在容器高度方向尺寸的和，优条的体积等于该优条中 所有箱子体积的和。
[0015] 进一步，步骤三中，
[0016] 每一个优条在容器长度方向尺寸，利用动态规划方法求解一次01背包问题得到 一个优条集合，称该优条集合为优层；
[0017] 每生成一个优层，就从步骤二中生成的所有优条中去除该优层中包含的所有优 条；然后再通过求解01背包问题生成新的优层，再从步骤二生成的所有优条中去除新的 优层中包含的所有优条，循环求解01背包问题，直至步骤二生成的所有优条都形成优层为 止；
[0018] 每个优层中所有优条沿容器宽度方向放置，优层的宽度等于优层中所有优条在容 器宽度方向尺寸的和，优层的长度等于优层中所有优条在容器长度方向尺寸的最大值，优 层的体积等于该优层中所有优条体积的和。
[0019] 更进一步，步骤四中，
[0020] 利用动态规划方法求解一次01背包问题得到一个优层集合，称该优层集合为优 箱；优箱中的所有优层沿容器长度方向放置；一个优箱即是一个三维装箱方案。
[0021] 本发明所提供的基于三步动态规划的三维装箱方案生成方法，具有以下优点：
[0022] 第一：相对于现有方法，提高了装箱率和装箱方案生成速度；
[0023] 第二：采用本发明的方法，进一步提高了集装箱空间利用率，降低集装箱货运成 本，增加了企业利润。
【附图说明】
[0024] 图1为基于三步动态规划的三维装箱方案生成系统架构示意图；
[0025] 图2为基于三步动态规划的三维装箱方案生成流程；
[0026] 图3为本发明实施例验证试验输出的三维装箱方案的3D图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图及本发明的实施例对本发明的基于三步动态规划的三维装箱方案 生成方法作进一步详细的说明。
[0028] 基于三步动态规划的三维装箱方案生成方法，将三维装箱问题分解为按先后顺序 执行的三个01背包问题，将三维装箱方案的生成过程转换为三个01背包问题的求解，具体 按以下步骤进行：
[0029] 步骤一、读取长方体形状容器的长宽高尺寸，读取所有待装入容器的长方体箱子 的长宽高尺寸以及放置方向约束，放置方向约束包括：是否允许长度向上放置、是否允许宽 度向上放置、是否允许高度向上放置；
[0030] 步骤二、以长方形容器的高为背包容量，以待装入容器的箱子集合为待装入背包 的货物集合，以每个箱子在容器高度方向的可能尺寸为每个货物的重量，以被选中的箱子 体积和为背包货物总价值，求解该01背包问题，将所有待装入容器的箱子组合成多个优 条，得到优条集合；
[0031] 每一个箱子在容器长度方向和宽度方向的尺寸必须小于给定值；利用动态规划方 法求解一次01背包问题得到一个箱子集合，称该箱子集合为优条；
[0032] 每生成一个优条，就从待装入容器的箱子集合中去除该优条中包含的所有箱子； 然后再通过求解01背包问题生成新的优条，再从待装入容器的箱子集合中去除新的优条 中包含的所有箱子，循环求解01背包问题，直至所有待装入容器的箱子都形成优条为止；
[0033] 每个优条中所有箱子沿容器高度方向放置，优条的宽度等于优条中所有箱子在容 器宽度方向尺寸的最大值，优条的长度等于优条中所有箱子在容器长度方向尺寸的最大 值，优条的高度等于优条中所有箱子在容器高度方向尺寸的和，优条的体积等于该优条中 所有箱子体积的和。
[0034] 步骤三、以长方形容器的宽度为背包容量，以步骤二中生成的所有优条为待装入 背包的货物集合，以每个优条在容器宽度方向的可能尺寸为每个货物的重量，以被选中的 优条体积之和为背包货物总价值，求解该01背包问题，将优条集合中所有优条组合成多个 优层，得到优层集合；
[0035] 每一个优条在容器长度方向尺寸，利用动态规划方法求解一次01背包问题得到 一个优条集合，称该优条集合为优层；
[0036] 每生成一个优层，就从步骤二中生成的所有优条中去除该优层中包含的所有优 条；然后再通过求解01背包问题生成新的优层，再从步骤二生成的所有优条中去除新的 优层中包含的所有优条，循环求解01背包问题，直