C#使用cplex求解简单线性规划问题(Cplex系列-教程二)
若还未在项目中添加cplex的引用,可以参阅上一篇文章。本文主要介绍利用C#求解线性规划的步骤,对线性规划模型进行数据填充的两种方法,以及一些cplex函数的功能和用法。包括以下几个步骤:
描述
先花时间理清问题。明确决策变量及其取值范围,目标函数,约束条件,已知的数据。后面代码的编写也是沿着这个思路,先理清问题后面的工作会更有效率。以如下问题为例:
先建立数学模型:
令:i产品在j机器上加工的小时数为xij
决策变量:x11,x12,x21,x22
目标函数:Min(z)=50x11+70x12+50x21+70x22
约束条件:
x12+x22<=112,
x11+x21<=104,
20x11+40x12=3200,
10x21+30x22=2000,
xij>=0(i=1,2;j=1,2)
模型
创建模型对象
1 2 | //实例化一个空模型 Cplex cplexModel = new Cplex(); |
方法1:使用行方法填充模型
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 | //生成决策变量并约束范围 INumVar[][] deVar= new INumVar[1][]; //交叉数组用于存储决策变量 double []lb= {0.0, 0.0, 0.0,0.0}; //lb(low bound)与ub定义决策变量的上下界 double []ub={ double .MaxValue, double .MaxValue, double .MaxValue, double .MaxValue}; string []deVarName={ "x11" , "x12" , "x21" , "x22" }; //决策变量名 INumVar[]x=cplexModel.NumVarArray(4,lb,ub,deVarName); //生成决策变量 deVar[0]=x; //生成目标函数 double []objCoef={50.0,70.0,50.0,70.0}; //目标函数系数(object coefficient) cplexModel.AddMinimize(cplexModel.ScalProd(x, objCoef)); //数量相乘(scalar product) //生成约束条件 IRange[][] rng = new IRange[1][]; //存放约束 rng[0] = new IRange[4]; //AddLe为<=,AddGe为>=,AddEq为= rng[0][0] = cplexModel.AddLe( cplexModel.Sum(cplexModel.Prod(1.0, x[3]), cplexModel.Prod( 1.0, x[1])), 112.0, "c1" ); rng[0][1] = cplexModel.AddLe( cplexModel.Sum(cplexModel.Prod(1.0, x[0]), cplexModel.Prod( 1.0, x[2])), 104.0, "c2" ); rng[0][2] = cplexModel.AddEq( cplexModel.Sum(cplexModel.Prod(20.0, x[0]), cplexModel.Prod( 40.0, x[1])), 3200.0, "c3" ); rng[0][3] = cplexModel.AddEq( cplexModel.Sum(cplexModel.Prod(10.0, x[2]), cplexModel.Prod( 30.0, x[3])), 2000.0, "c4" ); |
方法2:使用列方法填充模型
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 | IObjective obj =cplexModel.AddMinimize(); //目标函数,此时是空的 //约束 IRange[][] rng= new IRange[1][]; rng[0]= new IRange[4]; rng[0][0] = cplexModel.AddRange(- double .MaxValue, 112.0, "c1" ); //<=112 rng[0][1] = cplexModel.AddRange(- double .MaxValue, 104.0, "c2" ); rng[0][2] = cplexModel.AddRange(3200.0,3200.0, "c3" ); //=3200 rng[0][3] = cplexModel.AddRange(2000.0,2000.0, "c4" ); //简化引用的书写 IRange r0 = rng[0][0]; IRange r1 = rng[0][1]; IRange r2 = rng[0][2]; IRange r3 = rng[0][3]; //决策变量 INumVar[][]deVar= new INumVar[1][]; deVar[0]= new INumVar[4]; //4个决策变量 deVar[0][0] = cplexModel.NumVar(cplexModel.Column(obj, 50.0).And( cplexModel.Column(r1, 1.0).And( cplexModel.Column(r2, 20.0))), 0.0, double .MaxValue, "x11" ); //最后一行为取值和名称 deVar[0][1] = cplexModel.NumVar(cplexModel.Column(obj, 70.0).And( cplexModel.Column(r0, 1.0).And( cplexModel.Column(r2, 40.0))), 0.0, double .MaxValue, "x12" ); deVar[0][2] = cplexModel.NumVar(cplexModel.Column(obj, 50.0).And( cplexModel.Column(r1, 1.0).And( cplexModel.Column(r3, 10.0))), 0.0, double .MaxValue, "x21" ); deVar[0][3] = cplexModel.NumVar(cplexModel.Column(obj, 70.0).And( cplexModel.Column(r0, 1.0).And( cplexModel.Column(r3, 30.0))), 0.0, double .MaxValue, "x22" ); |
求解模型并展示
1 2 3 4 5 6 7 8 | if (cplexModel.Solve()) { int nvars = cplexModel.GetValues(deVar[0]).Length; for ( int j = 0; j < nvars; ++j) { cplexModel.Output().WriteLine( "Variable " + j + ": Value = " + cplexModel.GetValues(deVar[0])[j] ); } } |
导出模型
1 | cplexModel.ExportModel( "lpex1.lp" ); |
文件在“你的项目\bin\debug”显示如下图:
完整代码和求解结果
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 | using ILOG.Concert; using ILOG.CPLEX; using System; public class LPex1 { public static void Main( string [] args) { try { //实例化一个空模型 Cplex cplexModel = new Cplex(); //生成决策变量并赋值 INumVar[][] deVar = new INumVar[1][]; double [] lb = { 0.0, 0.0, 0.0, 0.0 }; double [] ub = { double .MaxValue, double .MaxValue, double .MaxValue, double .MaxValue }; string [] deVarName = { "x11" , "x12" , "x21" , "x22" }; INumVar[] x = cplexModel.NumVarArray(4, lb, ub, deVarName); deVar[0] = x; //目标函数 double [] objCoef = { 50.0, 70.0, 50.0, 70.0 }; //目标函数系数(object coefficient) cplexModel.AddMinimize(cplexModel.ScalProd(x, objCoef)); //约束条件 IRange[][] rng = new IRange[1][]; rng[0] = new IRange[4]; rng[0][0] = cplexModel.AddLe(cplexModel.Sum(cplexModel.Prod(1.0, x[3]), cplexModel.Prod(1.0, x[1])), 112, "c1" ); rng[0][1] = cplexModel.AddLe(cplexModel.Sum(cplexModel.Prod(1.0, x[0]), cplexModel.Prod(1.0, x[2])), 104.0, "c2" ); rng[0][2] = cplexModel.AddEq(cplexModel.Sum(cplexModel.Prod(20.0, x[0]), cplexModel.Prod(40.0, x[1])), 3200.0, "c3" ); rng[0][3] = cplexModel.AddEq(cplexModel.Sum(cplexModel.Prod(10.0, x[2]), cplexModel.Prod(30.0, x[3])), 2000.0, "c4" ); cplexModel.ExportModel( "lpex1.lp" ); if (cplexModel.Solve()) { int nvars = cplexModel.GetValues(deVar[0]).Length; for ( int j = 0; j < nvars; ++j) { cplexModel.Output().WriteLine( "Variable " + j + ": Value = " + cplexModel.GetValues(deVar[0])[j] ); } } cplexModel.End(); } catch (ILOG.Concert.Exception e) { System.Console.WriteLine( "Concert exception '" + e + "' caught" ); } Console.ReadKey(); } } |
决策变量较多时,请使用循环。本文重在入门和对cplex库中一些概念的理解。
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