物流中的交通运输优化问题
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• 路线改进 – 局部搜索（Local Search）
交通部规划研究院
车辆路线安排
VRP－启发式算法搜索战略－降落法（Descent ） Method
F(S)
全局最优
局部最优 S
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车辆路线安排
VRP－简单启发式算法运算－单路线两交换
0
i
i+1
j
j+1 n+1
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车辆路线安排
时间窗口
可能的选择 强加限制（统一限制） 强加限制（不同路线不同限制） 无强加限制 单一时间窗口 多时间窗口 强制时间窗口 灵活时间窗口
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车辆路线安排
车辆路线安排（VRS）－－问题分类（四）
特征 客户间出行成本
可能的选择 确定的（固定成本） 随机的（变化成本）
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车辆路线安排
交通部规划研究院
车辆路线安排
销售员问题（TSP）
交通部规划研究院
车辆路线安排
销售员问题（TSP）
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车辆路线安排
销售员问题（TSP）
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车辆路线安排
销售员问题（TSP）
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRP） • 一个场站 • 需要被访问的一群客户 • 一个等待调度的车队 • 车辆有容量限制
车辆路线安排问题（VRSP）
顾客
路线
场站
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRSP）－－特征
• 场站（数目、位置） • 车辆（容量、成本、工作起始时间、司机休息区段、
车辆类型及车辆数量、最长工作时间） • 客户（需求、强制或灵活的时间窗口、取货还是送货
、出入限制、优先） • 路线信息（路线最长长度或时间）
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车辆路线安排
带有时间窗口的车辆路线安排问题（VRPTW）
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车辆路线安排
带有时间窗口的车辆路线安排问题（VRPTW）
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车辆路线安排
带有时间窗口的车辆路线安排问题（VRPTW）
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车辆路线安排
带有时间窗口的车辆路线安排问题（VRPTW）
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRSP）
• 给定
– 一个特定车辆的集合 – 一个或多个场站和一个客户的集合
• 目标
– 在不违反所有限制条件的基础上，如：时间 窗口、车辆容量、路线总长度等，在访问所 有客户的前提下，安排最少的车辆行驶最短 的距离（或花费最少的时间）
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车辆路线安排
交通部规划研究院
车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRSP）－－目标
• 运输车辆数目最小化 • 出行时间最小化 • 出行距离最小化
交通部规划研究院
车辆路线安排
车辆路线安排（VRS）－－问题分类（一）
特征 运输车队的大小
车辆的类型
车辆位置
可能的选择 一辆车 多辆车 同类车 异类车
单个场站 多个场站
交通部规划研究院
VRP－简单启发式算法运算－双路线三交换
0
i i+1
j j+1 n+1
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车辆路线安排
VRP－简单启发式算法运算－三路线三交换
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车辆路线安排
销售员问题（TSP） • 一个场站 • 需要被访问的一群客户 • 一辆没有容量限制的车
VRP－简单启发式算法运算－单路线三交换
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j j+1 k k+1 n+1
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车辆路线安排
VRP－简单启发式算法运算－双路线两交换
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车辆路线安排
VRP－简单启发式算法运算－双路线重新插入
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交通部规划研来自百度文库院
车辆路线安排
物流中的交通运输优化问题
交通部规划研究院
物流中的三大运输问题
• 车辆路线安排（Vehicle Routing and Scheduling)
• 路径规划(Arc Routing) • 设施定位(Facility Location）
交通部规划研究院
第一部分 车辆路线安排 （Vehicle Routing and Scheduling)
车辆路线安排
最短路径
距离最短
时间最短 交通部规划研究院
第二部分 路径规划 (Arc Routing)
交通部规划研究院
路径规划
路径规划的定义 路径规划问题是在一个运输网络中寻求访问一个 连接路径集合的最有效出行顺序的一系列问题的 组合。
交通部规划研究院
路径规划
路径规划的应用
• 街道清扫 • 固体垃圾的收集 • 邮件的投递 • 或其他门到门服务
车辆路线安排
车辆路线安排（VRS）－－问题分类（二）
特征 运输方式
需求的特性
车辆容量限制
可能的选择 取货或送货 混合类 已知类（知道运输需求） 未知类（运输需求随即变化）
强加限制（统一类型） 强加限制（不同类型） 没有强加限制
交通部规划研究院
车辆路线安排
车辆路线安排（VRS）－－问题分类（三）
特征 出行路线最长时间
交通部规划研究院
第三部分 设施定位 (Facility Location）
交通部规划研究院
设施定位
设施定位的定义
场站定位模型用于为仓库、医院、零售商场、制 造业工厂、以及其他类型的设施确定一个最佳的 位置。通常，为这些设施确定优化位置的目的是 为了提供高水平的服务、降低营运费用，或使利 润最大化。
• 混合式启发式算法（ Mixed Heuristics Method）
交通部规划研究院
车辆路线安排
VRS－－启发式算法
• 路线生成
– 最近相邻法（Near Neighbourhood） – 向前推进插入启发式法（Push Forward
Insertion Heuristic (PFIH)） – 改进的PFIH（Modified – PFIH）
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车辆路线安排问题（VRP）－－数学解决方法
• 彻底搜索
• 启发式（ Heuristic） • Meta－启发式（Meta-Heuristic）
– 模拟退火法（Simulated Annealing） – 禁忌搜索（Tabu Search） – 遗传算法（Genetic Algorithm） – 蚂蚁算法（Ant Colony System）
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRP）
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRP）
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRP）
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRP）
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车辆路线安排
带有时间窗口的车辆路线安排问题（VRPTW）
• 一个场站 • 需要被访问的一群客户 • 一个等待调度的车队 • 车辆有容量限制 • 客户有提取货物时间限制的要求
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车辆路线安排
VRP－启发式算法搜索战略－降落法（Descent ） Method
F(S)
全局最优
局部最优 S
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车辆路线安排
VRP－简单启发式算法运算－单路线两交换
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车辆路线安排
时间窗口
可能的选择 强加限制（统一限制） 强加限制（不同路线不同限制） 无强加限制 单一时间窗口 多时间窗口 强制时间窗口 灵活时间窗口
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车辆路线安排
车辆路线安排（VRS）－－问题分类（四）
特征 客户间出行成本
可能的选择 确定的（固定成本） 随机的（变化成本）
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车辆路线安排
销售员问题（TSP）
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车辆路线安排
销售员问题（TSP）
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销售员问题（TSP）
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车辆路线安排
销售员问题（TSP）
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车辆路线安排问题（VRP） • 一个场站 • 需要被访问的一群客户 • 一个等待调度的车队 • 车辆有容量限制
车辆路线安排问题（VRSP）
顾客
路线
场站
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRSP）－－特征
• 场站（数目、位置） • 车辆（容量、成本、工作起始时间、司机休息区段、
车辆类型及车辆数量、最长工作时间） • 客户（需求、强制或灵活的时间窗口、取货还是送货
、出入限制、优先） • 路线信息（路线最长长度或时间）
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车辆路线安排
带有时间窗口的车辆路线安排问题（VRPTW）
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车辆路线安排
带有时间窗口的车辆路线安排问题（VRPTW）
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车辆路线安排
带有时间窗口的车辆路线安排问题（VRPTW）
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车辆路线安排
带有时间窗口的车辆路线安排问题（VRPTW）
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRSP）
• 给定
– 一个特定车辆的集合 – 一个或多个场站和一个客户的集合
• 目标
– 在不违反所有限制条件的基础上，如：时间 窗口、车辆容量、路线总长度等，在访问所 有客户的前提下，安排最少的车辆行驶最短 的距离（或花费最少的时间）
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车辆路线安排
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRSP）－－目标
• 运输车辆数目最小化 • 出行时间最小化 • 出行距离最小化
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车辆路线安排
车辆路线安排（VRS）－－问题分类（一）
特征 运输车队的大小
车辆的类型
车辆位置
可能的选择 一辆车 多辆车 同类车 异类车
单个场站 多个场站
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VRP－简单启发式算法运算－双路线三交换
0
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车辆路线安排
VRP－简单启发式算法运算－三路线三交换
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车辆路线安排
销售员问题（TSP） • 一个场站 • 需要被访问的一群客户 • 一辆没有容量限制的车
VRP－简单启发式算法运算－单路线三交换
0
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交通部规划研究院
车辆路线安排
VRP－简单启发式算法运算－双路线两交换
0
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车辆路线安排
VRP－简单启发式算法运算－双路线重新插入
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车辆路线安排
物流中的交通运输优化问题
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物流中的三大运输问题
• 车辆路线安排（Vehicle Routing and Scheduling)
• 路径规划(Arc Routing) • 设施定位(Facility Location）
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第一部分 车辆路线安排 （Vehicle Routing and Scheduling)
车辆路线安排
最短路径
距离最短
时间最短 交通部规划研究院
第二部分 路径规划 (Arc Routing)
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路径规划的定义 路径规划问题是在一个运输网络中寻求访问一个 连接路径集合的最有效出行顺序的一系列问题的 组合。
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路径规划的应用
• 街道清扫 • 固体垃圾的收集 • 邮件的投递 • 或其他门到门服务
车辆路线安排
车辆路线安排（VRS）－－问题分类（二）
特征 运输方式
需求的特性
车辆容量限制
可能的选择 取货或送货 混合类 已知类（知道运输需求） 未知类（运输需求随即变化）
强加限制（统一类型） 强加限制（不同类型） 没有强加限制
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车辆路线安排
车辆路线安排（VRS）－－问题分类（三）
特征 出行路线最长时间
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第三部分 设施定位 (Facility Location）
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设施定位
设施定位的定义
场站定位模型用于为仓库、医院、零售商场、制 造业工厂、以及其他类型的设施确定一个最佳的 位置。通常，为这些设施确定优化位置的目的是 为了提供高水平的服务、降低营运费用，或使利 润最大化。
• 混合式启发式算法（ Mixed Heuristics Method）
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车辆路线安排
VRS－－启发式算法
• 路线生成
– 最近相邻法（Near Neighbourhood） – 向前推进插入启发式法（Push Forward
Insertion Heuristic (PFIH)） – 改进的PFIH（Modified – PFIH）
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车辆路线安排问题（VRP）－－数学解决方法
• 彻底搜索
• 启发式（ Heuristic） • Meta－启发式（Meta-Heuristic）
– 模拟退火法（Simulated Annealing） – 禁忌搜索（Tabu Search） – 遗传算法（Genetic Algorithm） – 蚂蚁算法（Ant Colony System）
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRP）
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRP）
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRP）
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车辆路线安排
车辆路线安排问题（VRP）
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车辆路线安排
带有时间窗口的车辆路线安排问题（VRPTW）
• 一个场站 • 需要被访问的一群客户 • 一个等待调度的车队 • 车辆有容量限制 • 客户有提取货物时间限制的要求