Das Vehicle Routing Problem (VRP) ist das Ziel, optimale Routen für mehrere Fahrzeuge zu finden, die eine Gruppe von Standorten besuchen. (Wenn es nur ein Fahrzeug gibt, gilt dies nur für das Problem des Vertriebsmitarbeiters.)
Aber was bedeutet „optimale Routen“ für eine VRP? Eine Antwort sind die Routen mit der geringsten Gesamtstrecke. Wenn es jedoch keine anderen Einschränkungen gibt, ist die optimale Lösung, allen Standorten ein einziges Fahrzeug zuzuweisen und so die kürzeste Route für dieses Fahrzeug zu finden. Dies ist im Wesentlichen das gleiche Problem wie der TSP.
Optimale Routen lassen sich besser definieren, wenn die Länge der längsten Route aller Fahrzeuge minimiert wird. Das ist die richtige Definition, wenn das Ziel darin besteht, alle Lieferungen so schnell wie möglich abzuschließen. Im folgenden VRP-Beispiel werden optimale Routen ermittelt, die auf diese Weise definiert sind.
In späteren Abschnitten werden andere Möglichkeiten zum Verallgemeinern des TSP durch Hinzufügen von Einschränkungen für die Fahrzeuge beschrieben, darunter:
- Kapazitätsbeschränkungen: Die Fahrzeuge müssen an jedem Ort, den sie besuchen, Artikel abholen, haben jedoch eine maximale Kapazität.
- Zeitfenster: Jeder Ort muss innerhalb eines bestimmten Zeitfensters besucht werden.
VRP-Beispiel
In diesem Abschnitt wird ein Beispiel für einen VRP vorgestellt, bei dem die längste einzelne Route minimiert werden soll.
Stellen Sie sich ein Unternehmen vor, das seine Kundschaft in einer Stadt aufsuchen möchte, die aus identischen rechteckigen Blöcken besteht. Unten sehen Sie ein Diagramm der Stadt, wobei der Unternehmensstandort schwarz und die zu besuchenden Orte blau markiert sind.
VRP-Beispiel mit ODER-Tools lösen
In den folgenden Abschnitten wird erläutert, wie Sie das VRP-Beispiel mit ODER-Tools lösen.
Daten erstellen
Mit der folgenden Funktion werden die Daten für das Problem erstellt.
Python
def create_data_model():
"""Stores the data for the problem."""
data = {}
data["distance_matrix"] = [
# fmt: off
[0, 548, 776, 696, 582, 274, 502, 194, 308, 194, 536, 502, 388, 354, 468, 776, 662],
[548, 0, 684, 308, 194, 502, 730, 354, 696, 742, 1084, 594, 480, 674, 1016, 868, 1210],
[776, 684, 0, 992, 878, 502, 274, 810, 468, 742, 400, 1278, 1164, 1130, 788, 1552, 754],
[696, 308, 992, 0, 114, 650, 878, 502, 844, 890, 1232, 514, 628, 822, 1164, 560, 1358],
[582, 194, 878, 114, 0, 536, 764, 388, 730, 776, 1118, 400, 514, 708, 1050, 674, 1244],
[274, 502, 502, 650, 536, 0, 228, 308, 194, 240, 582, 776, 662, 628, 514, 1050, 708],
[502, 730, 274, 878, 764, 228, 0, 536, 194, 468, 354, 1004, 890, 856, 514, 1278, 480],
[194, 354, 810, 502, 388, 308, 536, 0, 342, 388, 730, 468, 354, 320, 662, 742, 856],
[308, 696, 468, 844, 730, 194, 194, 342, 0, 274, 388, 810, 696, 662, 320, 1084, 514],
[194, 742, 742, 890, 776, 240, 468, 388, 274, 0, 342, 536, 422, 388, 274, 810, 468],
[536, 1084, 400, 1232, 1118, 582, 354, 730, 388, 342, 0, 878, 764, 730, 388, 1152, 354],
[502, 594, 1278, 514, 400, 776, 1004, 468, 810, 536, 878, 0, 114, 308, 650, 274, 844],
[388, 480, 1164, 628, 514, 662, 890, 354, 696, 422, 764, 114, 0, 194, 536, 388, 730],
[354, 674, 1130, 822, 708, 628, 856, 320, 662, 388, 730, 308, 194, 0, 342, 422, 536],
[468, 1016, 788, 1164, 1050, 514, 514, 662, 320, 274, 388, 650, 536, 342, 0, 764, 194],
[776, 868, 1552, 560, 674, 1050, 1278, 742, 1084, 810, 1152, 274, 388, 422, 764, 0, 798],
[662, 1210, 754, 1358, 1244, 708, 480, 856, 514, 468, 354, 844, 730, 536, 194, 798, 0],
# fmt: on
]
data["num_vehicles"] = 4
data["depot"] = 0
return data
C++
struct DataModel {
const std::vector<std::vector<int64_t>> distance_matrix{
{0, 548, 776, 696, 582, 274, 502, 194, 308, 194, 536, 502, 388, 354, 468,
776, 662},
{548, 0, 684, 308, 194, 502, 730, 354, 696, 742, 1084, 594, 480, 674,
1016, 868, 1210},
{776, 684, 0, 992, 878, 502, 274, 810, 468, 742, 400, 1278, 1164, 1130,
788, 1552, 754},
{696, 308, 992, 0, 114, 650, 878, 502, 844, 890, 1232, 514, 628, 822,
1164, 560, 1358},
{582, 194, 878, 114, 0, 536, 764, 388, 730, 776, 1118, 400, 514, 708,
1050, 674, 1244},
{274, 502, 502, 650, 536, 0, 228, 308, 194, 240, 582, 776, 662, 628, 514,
1050, 708},
{502, 730, 274, 878, 764, 228, 0, 536, 194, 468, 354, 1004, 890, 856, 514,
1278, 480},
{194, 354, 810, 502, 388, 308, 536, 0, 342, 388, 730, 468, 354, 320, 662,
742, 856},
{308, 696, 468, 844, 730, 194, 194, 342, 0, 274, 388, 810, 696, 662, 320,
1084, 514},
{194, 742, 742, 890, 776, 240, 468, 388, 274, 0, 342, 536, 422, 388, 274,
810, 468},
{536, 1084, 400, 1232, 1118, 582, 354, 730, 388, 342, 0, 878, 764, 730,
388, 1152, 354},
{502, 594, 1278, 514, 400, 776, 1004, 468, 810, 536, 878, 0, 114, 308,
650, 274, 844},
{388, 480, 1164, 628, 514, 662, 890, 354, 696, 422, 764, 114, 0, 194, 536,
388, 730},
{354, 674, 1130, 822, 708, 628, 856, 320, 662, 388, 730, 308, 194, 0, 342,
422, 536},
{468, 1016, 788, 1164, 1050, 514, 514, 662, 320, 274, 388, 650, 536, 342,
0, 764, 194},
{776, 868, 1552, 560, 674, 1050, 1278, 742, 1084, 810, 1152, 274, 388,
422, 764, 0, 798},
{662, 1210, 754, 1358, 1244, 708, 480, 856, 514, 468, 354, 844, 730, 536,
194, 798, 0},
};
const int num_vehicles = 4;
const RoutingIndexManager::NodeIndex depot{0};
};
Java
static class DataModel {
public final long[][] distanceMatrix = {
{0, 548, 776, 696, 582, 274, 502, 194, 308, 194, 536, 502, 388, 354, 468, 776, 662},
{548, 0, 684, 308, 194, 502, 730, 354, 696, 742, 1084, 594, 480, 674, 1016, 868, 1210},
{776, 684, 0, 992, 878, 502, 274, 810, 468, 742, 400, 1278, 1164, 1130, 788, 1552, 754},
{696, 308, 992, 0, 114, 650, 878, 502, 844, 890, 1232, 514, 628, 822, 1164, 560, 1358},
{582, 194, 878, 114, 0, 536, 764, 388, 730, 776, 1118, 400, 514, 708, 1050, 674, 1244},
{274, 502, 502, 650, 536, 0, 228, 308, 194, 240, 582, 776, 662, 628, 514, 1050, 708},
{502, 730, 274, 878, 764, 228, 0, 536, 194, 468, 354, 1004, 890, 856, 514, 1278, 480},
{194, 354, 810, 502, 388, 308, 536, 0, 342, 388, 730, 468, 354, 320, 662, 742, 856},
{308, 696, 468, 844, 730, 194, 194, 342, 0, 274, 388, 810, 696, 662, 320, 1084, 514},
{194, 742, 742, 890, 776, 240, 468, 388, 274, 0, 342, 536, 422, 388, 274, 810, 468},
{536, 1084, 400, 1232, 1118, 582, 354, 730, 388, 342, 0, 878, 764, 730, 388, 1152, 354},
{502, 594, 1278, 514, 400, 776, 1004, 468, 810, 536, 878, 0, 114, 308, 650, 274, 844},
{388, 480, 1164, 628, 514, 662, 890, 354, 696, 422, 764, 114, 0, 194, 536, 388, 730},
{354, 674, 1130, 822, 708, 628, 856, 320, 662, 388, 730, 308, 194, 0, 342, 422, 536},
{468, 1016, 788, 1164, 1050, 514, 514, 662, 320, 274, 388, 650, 536, 342, 0, 764, 194},
{776, 868, 1552, 560, 674, 1050, 1278, 742, 1084, 810, 1152, 274, 388, 422, 764, 0, 798},
{662, 1210, 754, 1358, 1244, 708, 480, 856, 514, 468, 354, 844, 730, 536, 194, 798, 0},
};
public final int vehicleNumber = 4;
public final int depot = 0;
}
C#
class DataModel
{
public long[,] DistanceMatrix = {
{ 0, 548, 776, 696, 582, 274, 502, 194, 308, 194, 536, 502, 388, 354, 468, 776, 662 },
{ 548, 0, 684, 308, 194, 502, 730, 354, 696, 742, 1084, 594, 480, 674, 1016, 868, 1210 },
{ 776, 684, 0, 992, 878, 502, 274, 810, 468, 742, 400, 1278, 1164, 1130, 788, 1552, 754 },
{ 696, 308, 992, 0, 114, 650, 878, 502, 844, 890, 1232, 514, 628, 822, 1164, 560, 1358 },
{ 582, 194, 878, 114, 0, 536, 764, 388, 730, 776, 1118, 400, 514, 708, 1050, 674, 1244 },
{ 274, 502, 502, 650, 536, 0, 228, 308, 194, 240, 582, 776, 662, 628, 514, 1050, 708 },
{ 502, 730, 274, 878, 764, 228, 0, 536, 194, 468, 354, 1004, 890, 856, 514, 1278, 480 },
{ 194, 354, 810, 502, 388, 308, 536, 0, 342, 388, 730, 468, 354, 320, 662, 742, 856 },
{ 308, 696, 468, 844, 730, 194, 194, 342, 0, 274, 388, 810, 696, 662, 320, 1084, 514 },
{ 194, 742, 742, 890, 776, 240, 468, 388, 274, 0, 342, 536, 422, 388, 274, 810, 468 },
{ 536, 1084, 400, 1232, 1118, 582, 354, 730, 388, 342, 0, 878, 764, 730, 388, 1152, 354 },
{ 502, 594, 1278, 514, 400, 776, 1004, 468, 810, 536, 878, 0, 114, 308, 650, 274, 844 },
{ 388, 480, 1164, 628, 514, 662, 890, 354, 696, 422, 764, 114, 0, 194, 536, 388, 730 },
{ 354, 674, 1130, 822, 708, 628, 856, 320, 662, 388, 730, 308, 194, 0, 342, 422, 536 },
{ 468, 1016, 788, 1164, 1050, 514, 514, 662, 320, 274, 388, 650, 536, 342, 0, 764, 194 },
{ 776, 868, 1552, 560, 674, 1050, 1278, 742, 1084, 810, 1152, 274, 388, 422, 764, 0, 798 },
{ 662, 1210, 754, 1358, 1244, 708, 480, 856, 514, 468, 354, 844, 730, 536, 194, 798, 0 }
};
public int VehicleNumber = 4;
public int Depot = 0;
};
Die Daten bestehen aus:
distance_matrix: Array aus Entfernungen zwischen Orten in Meternnum_vehicles: Die Anzahl der Fahrzeuge im Fuhrpark.depot: Der Index des Depots, also der Standort, an dem alle Fahrzeuge ihre Routen starten und enden.
Standortkoordinaten
Um das Beispiel einzurichten und die Distance Matrix zu berechnen, haben wir den im Stadtdiagramm gezeigten Orten die folgenden x-y-Koordinaten zugewiesen:
[(456, 320), # location 0 - the depot (228, 0), # location 1 (912, 0), # location 2 (0, 80), # location 3 (114, 80), # location 4 (570, 160), # location 5 (798, 160), # location 6 (342, 240), # location 7 (684, 240), # location 8 (570, 400), # location 9 (912, 400), # location 10 (114, 480), # location 11 (228, 480), # location 12 (342, 560), # location 13 (684, 560), # location 14 (0, 640), # location 15 (798, 640)] # location 16
Beachten Sie, dass die Standortkoordinaten nicht in den Problemdaten enthalten sind. Sie brauchen lediglich die Distanzmatrix, die wir vorab berechnet haben, um das Problem zu lösen. Sie benötigen nur die Standortdaten, um die Standorte in der Lösung zu identifizieren, die durch ihre Indizes (0, 1, 2 ...) in der obigen Liste angegeben werden.
Der Hauptzweck der Darstellung der Standortkoordinaten und des Stadtdiagramms in diesem und anderen Beispielen besteht darin, das Problem und seine Lösung visuell darzustellen. Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig, um ein VRP zu lösen.
Der Einfachheit halber werden die Entfernungen zwischen Orten anhand der Entfernung zwischen Manhattan berechnet. Dabei ist die Entfernung zwischen zwei Punkten (x1, y1) und (x2, y2) als |x1 - x2| – kein Grund für die Verwendung: x2 |x2| + -y ist definiert. Sie können die Methode verwenden, die für Ihr Problem am besten geeignet ist, um Entfernungen zu berechnen. Mit der Google Distance Matrix API können Sie auch eine Distance Matrix API für einen beliebigen Satz von Orten auf der Welt abrufen. Ein Beispiel hierfür finden Sie unter Distance Matrix API.
Distanz-Callback definieren
Wie im TSP-Beispiel erstellt die folgende Funktion den Entfernungs-Callback, der die Entfernungen zwischen Orten zurückgibt und an den Solver übergibt. Außerdem werden die Bogenkosten, die die Fahrtkosten definieren, auf die Entfernungen der Bögen festgelegt.
Python
def distance_callback(from_index, to_index):
"""Returns the distance between the two nodes."""
# Convert from routing variable Index to distance matrix NodeIndex.
from_node = manager.IndexToNode(from_index)
to_node = manager.IndexToNode(to_index)
return data["distance_matrix"][from_node][to_node]
transit_callback_index = routing.RegisterTransitCallback(distance_callback)
routing.SetArcCostEvaluatorOfAllVehicles(transit_callback_index)
C++
const int transit_callback_index = routing.RegisterTransitCallback(
[&data, &manager](const int64_t from_index,
const int64_t to_index) -> int64_t {
// Convert from routing variable Index to distance matrix NodeIndex.
const int from_node = manager.IndexToNode(from_index).value();
const int to_node = manager.IndexToNode(to_index).value();
return data.distance_matrix[from_node][to_node];
});
routing.SetArcCostEvaluatorOfAllVehicles(transit_callback_index);
Java
final int transitCallbackIndex =
routing.registerTransitCallback((long fromIndex, long toIndex) -> {
// Convert from routing variable Index to user NodeIndex.
int fromNode = manager.indexToNode(fromIndex);
int toNode = manager.indexToNode(toIndex);
return data.distanceMatrix[fromNode][toNode];
});
routing.setArcCostEvaluatorOfAllVehicles(transitCallbackIndex);
C#
int transitCallbackIndex = routing.RegisterTransitCallback((long fromIndex, long toIndex) =>
{
// Convert from routing variable Index to
// distance matrix NodeIndex.
var fromNode = manager.IndexToNode(fromIndex);
var toNode = manager.IndexToNode(toIndex);
return data.DistanceMatrix[fromNode, toNode];
});
routing.SetArcCostEvaluatorOfAllVehicles(transitCallbackIndex);
Entfernungsdimension hinzufügen
Zur Lösung dieses VRP müssen Sie eine Dimension erstellen, mit der die kumulierte Entfernung jedes Fahrzeugs auf seiner Route berechnet wird. Sie können dann Kosten festlegen, die proportional zu der maximalen Entfernung auf jeder Route sind. Routingprogramme verwenden Dimensionen, um die Mengen zu verfolgen, die sich über die Route eines Fahrzeugs ansammeln. Weitere Informationen finden Sie unter Dimensionen.
Mit dem folgenden Code wird die Entfernungsdimension mit der Methode AddDimension des Solver erstellt. Das Argument transit_callback_index ist der Index für distance_callback.
Python
dimension_name = "Distance"
routing.AddDimension(
transit_callback_index,
0, # no slack
3000, # vehicle maximum travel distance
True, # start cumul to zero
dimension_name,
)
distance_dimension = routing.GetDimensionOrDie(dimension_name)
distance_dimension.SetGlobalSpanCostCoefficient(100)
C++
routing.AddDimension(transit_callback_index, 0, 3000,
true, // start cumul to zero
"Distance");
routing.GetMutableDimension("Distance")->SetGlobalSpanCostCoefficient(100);
Java
routing.addDimension(transitCallbackIndex, 0, 3000,
true, // start cumul to zero
"Distance");
RoutingDimension distanceDimension = routing.getMutableDimension("Distance");
distanceDimension.setGlobalSpanCostCoefficient(100);
C#
routing.AddDimension(transitCallbackIndex, 0, 3000,
true, // start cumul to zero
"Distance");
RoutingDimension distanceDimension = routing.GetMutableDimension("Distance");
distanceDimension.SetGlobalSpanCostCoefficient(100);
Die Methode SetGlobalSpanCostCoefficient legt einen großen Koeffizienten (100) für den globalen Span der Routen fest, der in diesem Beispiel die maximale Anzahl der Entfernungen der Routen ist. Dies macht die globale Spanne zum vorrangigen Faktor in der Zielfunktion, sodass das Programm die Länge der längsten Route minimiert.
Lösungsdrucker hinzufügen
Die Funktion, mit der die Lösung ausgegeben wird, ist unten dargestellt.
Python
def print_solution(data, manager, routing, solution):
"""Prints solution on console."""
print(f"Objective: {solution.ObjectiveValue()}")
max_route_distance = 0
for vehicle_id in range(data["num_vehicles"]):
index = routing.Start(vehicle_id)
plan_output = f"Route for vehicle {vehicle_id}:\n"
route_distance = 0
while not routing.IsEnd(index):
plan_output += f" {manager.IndexToNode(index)} -> "
previous_index = index
index = solution.Value(routing.NextVar(index))
route_distance += routing.GetArcCostForVehicle(
previous_index, index, vehicle_id
)
plan_output += f"{manager.IndexToNode(index)}\n"
plan_output += f"Distance of the route: {route_distance}m\n"
print(plan_output)
max_route_distance = max(route_distance, max_route_distance)
print(f"Maximum of the route distances: {max_route_distance}m")
C++
void PrintSolution(const DataModel& data, const RoutingIndexManager& manager,
const RoutingModel& routing, const Assignment& solution) {
int64_t max_route_distance{0};
for (int vehicle_id = 0; vehicle_id < data.num_vehicles; ++vehicle_id) {
int64_t index = routing.Start(vehicle_id);
LOG(INFO) << "Route for Vehicle " << vehicle_id << ":";
int64_t route_distance{0};
std::stringstream route;
while (!routing.IsEnd(index)) {
route << manager.IndexToNode(index).value() << " -> ";
const int64_t previous_index = index;
index = solution.Value(routing.NextVar(index));
route_distance += routing.GetArcCostForVehicle(previous_index, index,
int64_t{vehicle_id});
}
LOG(INFO) << route.str() << manager.IndexToNode(index).value();
LOG(INFO) << "Distance of the route: " << route_distance << "m";
max_route_distance = std::max(route_distance, max_route_distance);
}
LOG(INFO) << "Maximum of the route distances: " << max_route_distance << "m";
LOG(INFO) << "";
LOG(INFO) << "Problem solved in " << routing.solver()->wall_time() << "ms";
}
Java
/// @brief Print the solution.
static void printSolution(
DataModel data, RoutingModel routing, RoutingIndexManager manager, Assignment solution) {
// Solution cost.
logger.info("Objective : " + solution.objectiveValue());
// Inspect solution.
long maxRouteDistance = 0;
for (int i = 0; i < data.vehicleNumber; ++i) {
long index = routing.start(i);
logger.info("Route for Vehicle " + i + ":");
long routeDistance = 0;
String route = "";
while (!routing.isEnd(index)) {
route += manager.indexToNode(index) + " -> ";
long previousIndex = index;
index = solution.value(routing.nextVar(index));
routeDistance += routing.getArcCostForVehicle(previousIndex, index, i);
}
logger.info(route + manager.indexToNode(index));
logger.info("Distance of the route: " + routeDistance + "m");
maxRouteDistance = Math.max(routeDistance, maxRouteDistance);
}
logger.info("Maximum of the route distances: " + maxRouteDistance + "m");
}
C#
/// <summary>
/// Print the solution.
/// </summary>
static void PrintSolution(in DataModel data, in RoutingModel routing, in RoutingIndexManager manager,
in Assignment solution)
{
Console.WriteLine($"Objective {solution.ObjectiveValue()}:");
// Inspect solution.
long maxRouteDistance = 0;
for (int i = 0; i < data.VehicleNumber; ++i)
{
Console.WriteLine("Route for Vehicle {0}:", i);
long routeDistance = 0;
var index = routing.Start(i);
while (routing.IsEnd(index) == false)
{
Console.Write("{0} -> ", manager.IndexToNode((int)index));
var previousIndex = index;
index = solution.Value(routing.NextVar(index));
routeDistance += routing.GetArcCostForVehicle(previousIndex, index, 0);
}
Console.WriteLine("{0}", manager.IndexToNode((int)index));
Console.WriteLine("Distance of the route: {0}m", routeDistance);
maxRouteDistance = Math.Max(routeDistance, maxRouteDistance);
}
Console.WriteLine("Maximum distance of the routes: {0}m", maxRouteDistance);
}
Die Funktion zeigt die Routen für die Fahrzeuge und die Gesamtentfernungen der Routen an.
Alternativ können Sie zuerst die Routen in einer Liste oder einem Array speichern und dann ausgeben.
Hauptfunktion
Der größte Teil des Codes in der Hauptfunktion für das VRP-Programm entspricht dem vorherigen TSP-Beispiel. Eine Beschreibung des Codes finden Sie im TSP-Abschnitt. Neu ist die oben beschriebene Entfernungsdimension.
Programme ausführen
Die vollständigen Programme sind im nächsten Abschnitt aufgeführt. Wenn Sie die Programme ausführen, wird die folgende Ausgabe angezeigt:
Objective: 177500 Route for vehicle 0: 0 -> 9 -> 10 -> 2 -> 6 -> 5 -> 0 Distance of the route: 1712m Route for vehicle 1: 0 -> 16 -> 14 -> 8 -> 0 Distance of the route: 1484m Route for vehicle 2: 0 -> 7 -> 1 -> 4 -> 3 -> 0 Distance of the route: 1552m Route for vehicle 3: 0 -> 13 -> 15 -> 11 -> 12 -> 0 Distance of the route: 1552m Maximum of the route distances: 1712m
Die Standorte auf den Routen sind durch ihre Indizes in der Standortliste angegeben. Alle Routen beginnen und enden im Depot (0).
Das folgende Diagramm zeigt die zugewiesenen Routen, bei denen die Standortindexe in die entsprechenden x-y-Koordinaten umgewandelt wurden.
Programme abschließen
Unten sehen Sie die vollständigen Programme, die die längste einzelne Route minimieren.
Python
"""Simple Vehicles Routing Problem (VRP).
This is a sample using the routing library python wrapper to solve a VRP
problem.
A description of the problem can be found here:
http://en.wikipedia.org/wiki/Vehicle_routing_problem.
Distances are in meters.
"""
from ortools.constraint_solver import routing_enums_pb2
from ortools.constraint_solver import pywrapcp
def create_data_model():
"""Stores the data for the problem."""
data = {}
data["distance_matrix"] = [
# fmt: off
[0, 548, 776, 696, 582, 274, 502, 194, 308, 194, 536, 502, 388, 354, 468, 776, 662],
[548, 0, 684, 308, 194, 502, 730, 354, 696, 742, 1084, 594, 480, 674, 1016, 868, 1210],
[776, 684, 0, 992, 878, 502, 274, 810, 468, 742, 400, 1278, 1164, 1130, 788, 1552, 754],
[696, 308, 992, 0, 114, 650, 878, 502, 844, 890, 1232, 514, 628, 822, 1164, 560, 1358],
[582, 194, 878, 114, 0, 536, 764, 388, 730, 776, 1118, 400, 514, 708, 1050, 674, 1244],
[274, 502, 502, 650, 536, 0, 228, 308, 194, 240, 582, 776, 662, 628, 514, 1050, 708],
[502, 730, 274, 878, 764, 228, 0, 536, 194, 468, 354, 1004, 890, 856, 514, 1278, 480],
[194, 354, 810, 502, 388, 308, 536, 0, 342, 388, 730, 468, 354, 320, 662, 742, 856],
[308, 696, 468, 844, 730, 194, 194, 342, 0, 274, 388, 810, 696, 662, 320, 1084, 514],
[194, 742, 742, 890, 776, 240, 468, 388, 274, 0, 342, 536, 422, 388, 274, 810, 468],
[536, 1084, 400, 1232, 1118, 582, 354, 730, 388, 342, 0, 878, 764, 730, 388, 1152, 354],
[502, 594, 1278, 514, 400, 776, 1004, 468, 810, 536, 878, 0, 114, 308, 650, 274, 844],
[388, 480, 1164, 628, 514, 662, 890, 354, 696, 422, 764, 114, 0, 194, 536, 388, 730],
[354, 674, 1130, 822, 708, 628, 856, 320, 662, 388, 730, 308, 194, 0, 342, 422, 536],
[468, 1016, 788, 1164, 1050, 514, 514, 662, 320, 274, 388, 650, 536, 342, 0, 764, 194],
[776, 868, 1552, 560, 674, 1050, 1278, 742, 1084, 810, 1152, 274, 388, 422, 764, 0, 798],
[662, 1210, 754, 1358, 1244, 708, 480, 856, 514, 468, 354, 844, 730, 536, 194, 798, 0],
# fmt: on
]
data["num_vehicles"] = 4
data["depot"] = 0
return data
def print_solution(data, manager, routing, solution):
"""Prints solution on console."""
print(f"Objective: {solution.ObjectiveValue()}")
max_route_distance = 0
for vehicle_id in range(data["num_vehicles"]):
index = routing.Start(vehicle_id)
plan_output = f"Route for vehicle {vehicle_id}:\n"
route_distance = 0
while not routing.IsEnd(index):
plan_output += f" {manager.IndexToNode(index)} -> "
previous_index = index
index = solution.Value(routing.NextVar(index))
route_distance += routing.GetArcCostForVehicle(
previous_index, index, vehicle_id
)
plan_output += f"{manager.IndexToNode(index)}\n"
plan_output += f"Distance of the route: {route_distance}m\n"
print(plan_output)
max_route_distance = max(route_distance, max_route_distance)
print(f"Maximum of the route distances: {max_route_distance}m")
def main():
"""Entry point of the program."""
# Instantiate the data problem.
data = create_data_model()
# Create the routing index manager.
manager = pywrapcp.RoutingIndexManager(
len(data["distance_matrix"]), data["num_vehicles"], data["depot"]
)
# Create Routing Model.
routing = pywrapcp.RoutingModel(manager)
# Create and register a transit callback.
def distance_callback(from_index, to_index):
"""Returns the distance between the two nodes."""
# Convert from routing variable Index to distance matrix NodeIndex.
from_node = manager.IndexToNode(from_index)
to_node = manager.IndexToNode(to_index)
return data["distance_matrix"][from_node][to_node]
transit_callback_index = routing.RegisterTransitCallback(distance_callback)
# Define cost of each arc.
routing.SetArcCostEvaluatorOfAllVehicles(transit_callback_index)
# Add Distance constraint.
dimension_name = "Distance"
routing.AddDimension(
transit_callback_index,
0, # no slack
3000, # vehicle maximum travel distance
True, # start cumul to zero
dimension_name,
)
distance_dimension = routing.GetDimensionOrDie(dimension_name)
distance_dimension.SetGlobalSpanCostCoefficient(100)
# Setting first solution heuristic.
search_parameters = pywrapcp.DefaultRoutingSearchParameters()
search_parameters.first_solution_strategy = (
routing_enums_pb2.FirstSolutionStrategy.PATH_CHEAPEST_ARC
)
# Solve the problem.
solution = routing.SolveWithParameters(search_parameters)
# Print solution on console.
if solution:
print_solution(data, manager, routing, solution)
else:
print("No solution found !")
if __name__ == "__main__":
main()
C++
#include <algorithm>
#include <cstdint>
#include <sstream>
#include <vector>
#include "ortools/constraint_solver/routing.h"
#include "ortools/constraint_solver/routing_enums.pb.h"
#include "ortools/constraint_solver/routing_index_manager.h"
#include "ortools/constraint_solver/routing_parameters.h"
namespace operations_research {
struct DataModel {
const std::vector<std::vector<int64_t>> distance_matrix{
{0, 548, 776, 696, 582, 274, 502, 194, 308, 194, 536, 502, 388, 354, 468,
776, 662},
{548, 0, 684, 308, 194, 502, 730, 354, 696, 742, 1084, 594, 480, 674,
1016, 868, 1210},
{776, 684, 0, 992, 878, 502, 274, 810, 468, 742, 400, 1278, 1164, 1130,
788, 1552, 754},
{696, 308, 992, 0, 114, 650, 878, 502, 844, 890, 1232, 514, 628, 822,
1164, 560, 1358},
{582, 194, 878, 114, 0, 536, 764, 388, 730, 776, 1118, 400, 514, 708,
1050, 674, 1244},
{274, 502, 502, 650, 536, 0, 228, 308, 194, 240, 582, 776, 662, 628, 514,
1050, 708},
{502, 730, 274, 878, 764, 228, 0, 536, 194, 468, 354, 1004, 890, 856, 514,
1278, 480},
{194, 354, 810, 502, 388, 308, 536, 0, 342, 388, 730, 468, 354, 320, 662,
742, 856},
{308, 696, 468, 844, 730, 194, 194, 342, 0, 274, 388, 810, 696, 662, 320,
1084, 514},
{194, 742, 742, 890, 776, 240, 468, 388, 274, 0, 342, 536, 422, 388, 274,
810, 468},
{536, 1084, 400, 1232, 1118, 582, 354, 730, 388, 342, 0, 878, 764, 730,
388, 1152, 354},
{502, 594, 1278, 514, 400, 776, 1004, 468, 810, 536, 878, 0, 114, 308,
650, 274, 844},
{388, 480, 1164, 628, 514, 662, 890, 354, 696, 422, 764, 114, 0, 194, 536,
388, 730},
{354, 674, 1130, 822, 708, 628, 856, 320, 662, 388, 730, 308, 194, 0, 342,
422, 536},
{468, 1016, 788, 1164, 1050, 514, 514, 662, 320, 274, 388, 650, 536, 342,
0, 764, 194},
{776, 868, 1552, 560, 674, 1050, 1278, 742, 1084, 810, 1152, 274, 388,
422, 764, 0, 798},
{662, 1210, 754, 1358, 1244, 708, 480, 856, 514, 468, 354, 844, 730, 536,
194, 798, 0},
};
const int num_vehicles = 4;
const RoutingIndexManager::NodeIndex depot{0};
};
//! @brief Print the solution.
//! @param[in] data Data of the problem.
//! @param[in] manager Index manager used.
//! @param[in] routing Routing solver used.
//! @param[in] solution Solution found by the solver.
void PrintSolution(const DataModel& data, const RoutingIndexManager& manager,
const RoutingModel& routing, const Assignment& solution) {
int64_t max_route_distance{0};
for (int vehicle_id = 0; vehicle_id < data.num_vehicles; ++vehicle_id) {
int64_t index = routing.Start(vehicle_id);
LOG(INFO) << "Route for Vehicle " << vehicle_id << ":";
int64_t route_distance{0};
std::stringstream route;
while (!routing.IsEnd(index)) {
route << manager.IndexToNode(index).value() << " -> ";
const int64_t previous_index = index;
index = solution.Value(routing.NextVar(index));
route_distance += routing.GetArcCostForVehicle(previous_index, index,
int64_t{vehicle_id});
}
LOG(INFO) << route.str() << manager.IndexToNode(index).value();
LOG(INFO) << "Distance of the route: " << route_distance << "m";
max_route_distance = std::max(route_distance, max_route_distance);
}
LOG(INFO) << "Maximum of the route distances: " << max_route_distance << "m";
LOG(INFO) << "";
LOG(INFO) << "Problem solved in " << routing.solver()->wall_time() << "ms";
}
void VrpGlobalSpan() {
// Instantiate the data problem.
DataModel data;
// Create Routing Index Manager
RoutingIndexManager manager(data.distance_matrix.size(), data.num_vehicles,
data.depot);
// Create Routing Model.
RoutingModel routing(manager);
// Create and register a transit callback.
const int transit_callback_index = routing.RegisterTransitCallback(
[&data, &manager](const int64_t from_index,
const int64_t to_index) -> int64_t {
// Convert from routing variable Index to distance matrix NodeIndex.
const int from_node = manager.IndexToNode(from_index).value();
const int to_node = manager.IndexToNode(to_index).value();
return data.distance_matrix[from_node][to_node];
});
// Define cost of each arc.
routing.SetArcCostEvaluatorOfAllVehicles(transit_callback_index);
// Add Distance constraint.
routing.AddDimension(transit_callback_index, 0, 3000,
true, // start cumul to zero
"Distance");
routing.GetMutableDimension("Distance")->SetGlobalSpanCostCoefficient(100);
// Setting first solution heuristic.
RoutingSearchParameters searchParameters = DefaultRoutingSearchParameters();
searchParameters.set_first_solution_strategy(
FirstSolutionStrategy::PATH_CHEAPEST_ARC);
// Solve the problem.
const Assignment* solution = routing.SolveWithParameters(searchParameters);
// Print solution on console.
if (solution != nullptr) {
PrintSolution(data, manager, routing, *solution);
} else {
LOG(INFO) << "No solution found.";
}
}
} // namespace operations_research
int main(int /*argc*/, char* /*argv*/[]) {
operations_research::VrpGlobalSpan();
return EXIT_SUCCESS;
}
Java
package com.google.ortools.constraintsolver.samples;
import com.google.ortools.Loader;
import com.google.ortools.constraintsolver.Assignment;
import com.google.ortools.constraintsolver.FirstSolutionStrategy;
import com.google.ortools.constraintsolver.RoutingDimension;
import com.google.ortools.constraintsolver.RoutingIndexManager;
import com.google.ortools.constraintsolver.RoutingModel;
import com.google.ortools.constraintsolver.RoutingSearchParameters;
import com.google.ortools.constraintsolver.main;
import java.util.logging.Logger;
/** Minimal VRP.*/
public class VrpGlobalSpan {
private static final Logger logger = Logger.getLogger(VrpGlobalSpan.class.getName());
static class DataModel {
public final long[][] distanceMatrix = {
{0, 548, 776, 696, 582, 274, 502, 194, 308, 194, 536, 502, 388, 354, 468, 776, 662},
{548, 0, 684, 308, 194, 502, 730, 354, 696, 742, 1084, 594, 480, 674, 1016, 868, 1210},
{776, 684, 0, 992, 878, 502, 274, 810, 468, 742, 400, 1278, 1164, 1130, 788, 1552, 754},
{696, 308, 992, 0, 114, 650, 878, 502, 844, 890, 1232, 514, 628, 822, 1164, 560, 1358},
{582, 194, 878, 114, 0, 536, 764, 388, 730, 776, 1118, 400, 514, 708, 1050, 674, 1244},
{274, 502, 502, 650, 536, 0, 228, 308, 194, 240, 582, 776, 662, 628, 514, 1050, 708},
{502, 730, 274, 878, 764, 228, 0, 536, 194, 468, 354, 1004, 890, 856, 514, 1278, 480},
{194, 354, 810, 502, 388, 308, 536, 0, 342, 388, 730, 468, 354, 320, 662, 742, 856},
{308, 696, 468, 844, 730, 194, 194, 342, 0, 274, 388, 810, 696, 662, 320, 1084, 514},
{194, 742, 742, 890, 776, 240, 468, 388, 274, 0, 342, 536, 422, 388, 274, 810, 468},
{536, 1084, 400, 1232, 1118, 582, 354, 730, 388, 342, 0, 878, 764, 730, 388, 1152, 354},
{502, 594, 1278, 514, 400, 776, 1004, 468, 810, 536, 878, 0, 114, 308, 650, 274, 844},
{388, 480, 1164, 628, 514, 662, 890, 354, 696, 422, 764, 114, 0, 194, 536, 388, 730},
{354, 674, 1130, 822, 708, 628, 856, 320, 662, 388, 730, 308, 194, 0, 342, 422, 536},
{468, 1016, 788, 1164, 1050, 514, 514, 662, 320, 274, 388, 650, 536, 342, 0, 764, 194},
{776, 868, 1552, 560, 674, 1050, 1278, 742, 1084, 810, 1152, 274, 388, 422, 764, 0, 798},
{662, 1210, 754, 1358, 1244, 708, 480, 856, 514, 468, 354, 844, 730, 536, 194, 798, 0},
};
public final int vehicleNumber = 4;
public final int depot = 0;
}
/// @brief Print the solution.
static void printSolution(
DataModel data, RoutingModel routing, RoutingIndexManager manager, Assignment solution) {
// Solution cost.
logger.info("Objective : " + solution.objectiveValue());
// Inspect solution.
long maxRouteDistance = 0;
for (int i = 0; i < data.vehicleNumber; ++i) {
long index = routing.start(i);
logger.info("Route for Vehicle " + i + ":");
long routeDistance = 0;
String route = "";
while (!routing.isEnd(index)) {
route += manager.indexToNode(index) + " -> ";
long previousIndex = index;
index = solution.value(routing.nextVar(index));
routeDistance += routing.getArcCostForVehicle(previousIndex, index, i);
}
logger.info(route + manager.indexToNode(index));
logger.info("Distance of the route: " + routeDistance + "m");
maxRouteDistance = Math.max(routeDistance, maxRouteDistance);
}
logger.info("Maximum of the route distances: " + maxRouteDistance + "m");
}
public static void main(String[] args) throws Exception {
Loader.loadNativeLibraries();
// Instantiate the data problem.
final DataModel data = new DataModel();
// Create Routing Index Manager
RoutingIndexManager manager =
new RoutingIndexManager(data.distanceMatrix.length, data.vehicleNumber, data.depot);
// Create Routing Model.
RoutingModel routing = new RoutingModel(manager);
// Create and register a transit callback.
final int transitCallbackIndex =
routing.registerTransitCallback((long fromIndex, long toIndex) -> {
// Convert from routing variable Index to user NodeIndex.
int fromNode = manager.indexToNode(fromIndex);
int toNode = manager.indexToNode(toIndex);
return data.distanceMatrix[fromNode][toNode];
});
// Define cost of each arc.
routing.setArcCostEvaluatorOfAllVehicles(transitCallbackIndex);
// Add Distance constraint.
routing.addDimension(transitCallbackIndex, 0, 3000,
true, // start cumul to zero
"Distance");
RoutingDimension distanceDimension = routing.getMutableDimension("Distance");
distanceDimension.setGlobalSpanCostCoefficient(100);
// Setting first solution heuristic.
RoutingSearchParameters searchParameters =
main.defaultRoutingSearchParameters()
.toBuilder()
.setFirstSolutionStrategy(FirstSolutionStrategy.Value.PATH_CHEAPEST_ARC)
.build();
// Solve the problem.
Assignment solution = routing.solveWithParameters(searchParameters);
// Print solution on console.
printSolution(data, routing, manager, solution);
}
}
C#
using System;
using System.Collections.Generic;
using Google.OrTools.ConstraintSolver;
/// <summary>
/// Minimal TSP using distance matrix.
/// </summary>
public class VrpGlobalSpan
{
class DataModel
{
public long[,] DistanceMatrix = {
{ 0, 548, 776, 696, 582, 274, 502, 194, 308, 194, 536, 502, 388, 354, 468, 776, 662 },
{ 548, 0, 684, 308, 194, 502, 730, 354, 696, 742, 1084, 594, 480, 674, 1016, 868, 1210 },
{ 776, 684, 0, 992, 878, 502, 274, 810, 468, 742, 400, 1278, 1164, 1130, 788, 1552, 754 },
{ 696, 308, 992, 0, 114, 650, 878, 502, 844, 890, 1232, 514, 628, 822, 1164, 560, 1358 },
{ 582, 194, 878, 114, 0, 536, 764, 388, 730, 776, 1118, 400, 514, 708, 1050, 674, 1244 },
{ 274, 502, 502, 650, 536, 0, 228, 308, 194, 240, 582, 776, 662, 628, 514, 1050, 708 },
{ 502, 730, 274, 878, 764, 228, 0, 536, 194, 468, 354, 1004, 890, 856, 514, 1278, 480 },
{ 194, 354, 810, 502, 388, 308, 536, 0, 342, 388, 730, 468, 354, 320, 662, 742, 856 },
{ 308, 696, 468, 844, 730, 194, 194, 342, 0, 274, 388, 810, 696, 662, 320, 1084, 514 },
{ 194, 742, 742, 890, 776, 240, 468, 388, 274, 0, 342, 536, 422, 388, 274, 810, 468 },
{ 536, 1084, 400, 1232, 1118, 582, 354, 730, 388, 342, 0, 878, 764, 730, 388, 1152, 354 },
{ 502, 594, 1278, 514, 400, 776, 1004, 468, 810, 536, 878, 0, 114, 308, 650, 274, 844 },
{ 388, 480, 1164, 628, 514, 662, 890, 354, 696, 422, 764, 114, 0, 194, 536, 388, 730 },
{ 354, 674, 1130, 822, 708, 628, 856, 320, 662, 388, 730, 308, 194, 0, 342, 422, 536 },
{ 468, 1016, 788, 1164, 1050, 514, 514, 662, 320, 274, 388, 650, 536, 342, 0, 764, 194 },
{ 776, 868, 1552, 560, 674, 1050, 1278, 742, 1084, 810, 1152, 274, 388, 422, 764, 0, 798 },
{ 662, 1210, 754, 1358, 1244, 708, 480, 856, 514, 468, 354, 844, 730, 536, 194, 798, 0 }
};
public int VehicleNumber = 4;
public int Depot = 0;
};
/// <summary>
/// Print the solution.
/// </summary>
static void PrintSolution(in DataModel data, in RoutingModel routing, in RoutingIndexManager manager,
in Assignment solution)
{
Console.WriteLine($"Objective {solution.ObjectiveValue()}:");
// Inspect solution.
long maxRouteDistance = 0;
for (int i = 0; i < data.VehicleNumber; ++i)
{
Console.WriteLine("Route for Vehicle {0}:", i);
long routeDistance = 0;
var index = routing.Start(i);
while (routing.IsEnd(index) == false)
{
Console.Write("{0} -> ", manager.IndexToNode((int)index));
var previousIndex = index;
index = solution.Value(routing.NextVar(index));
routeDistance += routing.GetArcCostForVehicle(previousIndex, index, 0);
}
Console.WriteLine("{0}", manager.IndexToNode((int)index));
Console.WriteLine("Distance of the route: {0}m", routeDistance);
maxRouteDistance = Math.Max(routeDistance, maxRouteDistance);
}
Console.WriteLine("Maximum distance of the routes: {0}m", maxRouteDistance);
}
public static void Main(String[] args)
{
// Instantiate the data problem.
DataModel data = new DataModel();
// Create Routing Index Manager
RoutingIndexManager manager =
new RoutingIndexManager(data.DistanceMatrix.GetLength(0), data.VehicleNumber, data.Depot);
// Create Routing Model.
RoutingModel routing = new RoutingModel(manager);
// Create and register a transit callback.
int transitCallbackIndex = routing.RegisterTransitCallback((long fromIndex, long toIndex) =>
{
// Convert from routing variable Index to
// distance matrix NodeIndex.
var fromNode = manager.IndexToNode(fromIndex);
var toNode = manager.IndexToNode(toIndex);
return data.DistanceMatrix[fromNode, toNode];
});
// Define cost of each arc.
routing.SetArcCostEvaluatorOfAllVehicles(transitCallbackIndex);
// Add Distance constraint.
routing.AddDimension(transitCallbackIndex, 0, 3000,
true, // start cumul to zero
"Distance");
RoutingDimension distanceDimension = routing.GetMutableDimension("Distance");
distanceDimension.SetGlobalSpanCostCoefficient(100);
// Setting first solution heuristic.
RoutingSearchParameters searchParameters =
operations_research_constraint_solver.DefaultRoutingSearchParameters();
searchParameters.FirstSolutionStrategy = FirstSolutionStrategy.Types.Value.PathCheapestArc;
// Solve the problem.
Assignment solution = routing.SolveWithParameters(searchParameters);
// Print solution on console.
PrintSolution(data, routing, manager, solution);
}
}
Google Distance Matrix API verwenden
In diesem Abschnitt wird beschrieben, wie Sie mit der Google Distance Matrix API die Distance Matrix API für beliebige Standorte erstellen können, die durch Adressen oder Breiten- und Längengrade definiert sind. Sie können die API verwenden, um die Distance Matrix für viele Arten von Routenproblemen zu berechnen.
Sie benötigen einen API-Schlüssel, um die API verwenden zu können. So erhalten Sie einen.
Beispiel
Sehen wir uns als Beispiel ein Python-Programm an, mit dem die Entfernungsmatrix für eine Gruppe von 16 Standorten in Memphis, Tennessee, erstellt wird.
Die Distance Matrix ist eine 16 x 16-Matrix, deren i-j-Eintrag die Entfernung zwischen den Standorten i und j ist. Hier sind die Adressen der Standorte.
data['addresses'] = ['3610+Hacks+Cross+Rd+Memphis+TN', # depot
'1921+Elvis+Presley+Blvd+Memphis+TN',
'149+Union+Avenue+Memphis+TN',
'1034+Audubon+Drive+Memphis+TN',
'1532+Madison+Ave+Memphis+TN',
'706+Union+Ave+Memphis+TN',
'3641+Central+Ave+Memphis+TN',
'926+E+McLemore+Ave+Memphis+TN',
'4339+Park+Ave+Memphis+TN',
'600+Goodwyn+St+Memphis+TN',
'2000+North+Pkwy+Memphis+TN',
'262+Danny+Thomas+Pl+Memphis+TN',
'125+N+Front+St+Memphis+TN',
'5959+Park+Ave+Memphis+TN',
'814+Scott+St+Memphis+TN',
'1005+Tillman+St+Memphis+TN'
]
API-Anfragen
Eine Distance Matrix API-Anfrage ist ein langer String, der Folgendes enthält:
- API-Adresse:
https://maps.googleapis.com/maps/api/distancematrix/json?. Am Ende der Anfrage (json) wird eine Antwort im JSON-Format angefordert. - Anfrageoptionen. In diesem Beispiel wird mit
units=imperialdie Sprache der Antwort auf Englisch festgelegt. - Startadressen: Startpunkte für Reisen. Beispiel:
&origins=3610+Hacks+Cross+Rd+Memphis+TN.
Leerzeichen in der Adresse werden durch das Zeichen+ersetzt. Mehrere Adressen werden durch|getrennt. - Zieladressen: Reiseziele Beispiel:
&destinations=3734+Elvis+Presley+Blvd+Memphis+TN - Der API-Schlüssel: Anmeldedaten für die Anfrage im Format
&key=YOUR_API_KEY.
Hier sehen Sie die gesamte Anfrage für den einzelnen Start- und einen einzelnen Zielort, die oben nach „Startadressen“ und „Zieladressen“ angezeigt werden.
https://maps.googleapis.com/maps/api/distancematrix/json?units=imperial&origins=3610+Hacks+Cross+Rd+Memphis+TN&destinations=3734+Elvis+Presley+Blvd+Memphis+TN&key=YOUR_API_KEY
Hier ist die Antwort auf die Anfrage.
{
"destination_addresses" : [ "1921 Elvis Presley Blvd, Memphis, TN 38106, USA" ],
"origin_addresses" : [ "3610 Hacks Cross Rd, Memphis, TN 38125, USA" ],
"rows" : [
{
"elements" : [
{
"distance" : {
"text" : "15.2 mi",
"value" : 24392
},
"duration" : {
"text" : "21 mins",
"value" : 1264
},
"status" : "OK"
}
]
}
],
"status" : "OK"
}
Die Antwort enthält die Entfernung (in Meilen und Metern) und die Reisedauer (in Minuten und Sekunden) zwischen den beiden Adressen.
Weitere Informationen zu Anfragen und Antworten finden Sie in der Distance Matrix API-Dokumentation.
Distanzmatrix berechnen
Zur Berechnung der Distance Matrix möchten wir eine einzelne Anfrage senden, in der alle 16 Adressen sowohl als Start- als auch als Zieladresse enthalten sind.
Dies ist jedoch nicht möglich, da dafür 16x16=256-Paare von Start- und Zielort erforderlich sind. Die API ist hingegen auf 100 solche Paare pro Anfrage beschränkt. Wir müssen also
mehrere Anträge stellen.
Da jede Zeile der Matrix 16 Einträge enthält, können wir höchstens sechs Zeilen pro Anfrage berechnen (dafür sind 6x16=96-Paare erforderlich). Wir können die gesamte Matrix in drei Anfragen berechnen, die 6 Zeilen, 6 Zeilen und 4 Zeilen zurückgeben.
Mit dem folgenden Code wird die Distanzmatrix so berechnet:
- Teilen Sie die 16 Adressen in zwei Gruppen mit je sechs Adressen und eine Gruppe mit vier Adressen auf.
- Erstellen und senden Sie für jede Gruppe eine Anfrage an die Ursprungsadressen in der Gruppe und alle Zieladressen. Siehe Anfrage erstellen und senden.
- Erstellen Sie mithilfe der Antwort die entsprechenden Zeilen der Matrix und verketten Sie die Zeilen (bei denen es sich nur um Python-Listen handelt). Weitere Informationen finden Sie unter Zeilen der Distance Matrix erstellen.
def create_distance_matrix(data):
addresses = data["addresses"]
API_key = data["API_key"]
# Distance Matrix API only accepts 100 elements per request, so get rows in multiple requests.
max_elements = 100
num_addresses = len(addresses) # 16 in this example.
# Maximum number of rows that can be computed per request (6 in this example).
max_rows = max_elements // num_addresses
# num_addresses = q * max_rows + r (q = 2 and r = 4 in this example).
q, r = divmod(num_addresses, max_rows)
dest_addresses = addresses
distance_matrix = []
# Send q requests, returning max_rows rows per request.
for i in range(q):
origin_addresses = addresses[i * max_rows: (i + 1) * max_rows]
response = send_request(origin_addresses, dest_addresses, API_key)
distance_matrix += build_distance_matrix(response)
# Get the remaining remaining r rows, if necessary.
if r > 0:
origin_addresses = addresses[q * max_rows: q * max_rows + r]
response = send_request(origin_addresses, dest_addresses, API_key)
distance_matrix += build_distance_matrix(response)
return distance_matrix
Anfrage erstellen und senden
Mit der folgenden Funktion wird eine Anfrage für einen bestimmten Satz von Start- und Zieladressen erstellt und gesendet.
def send_request(origin_addresses, dest_addresses, API_key):
""" Build and send request for the given origin and destination addresses."""
def build_address_str(addresses):
# Build a pipe-separated string of addresses
address_str = ''
for i in range(len(addresses) - 1):
address_str += addresses[i] + '|'
address_str += addresses[-1]
return address_str
request = 'https://maps.googleapis.com/maps/api/distancematrix/json?units=imperial'
origin_address_str = build_address_str(origin_addresses)
dest_address_str = build_address_str(dest_addresses)
request = request + '&origins=' + origin_address_str + '&destinations=' + \
dest_address_str + '&key=' + API_key
jsonResult = urllib.urlopen(request).read()
response = json.loads(jsonResult)
return response
Die Unterfunktion build_address_string verkettet Adressen, die durch ein Pipe-Zeichen | voneinander getrennt sind.
Der verbleibende Code in der Funktion stellt die oben beschriebenen Teile der Anfrage zusammen und sendet die Anfrage. Die Linie
response = json.loads(jsonResult)
das Ergebnis in ein Python-Objekt konvertiert.
Zeilen der Matrix bilden
Mit der folgenden Funktion werden anhand der von der Funktion send_request zurückgegebenen Antwort Zeilen der Distanzmatrix erstellt.
def build_distance_matrix(response):
distance_matrix = []
for row in response['rows']:
row_list = [row['elements'][j]['distance']['value'] for j in range(len(row['elements']))]
distance_matrix.append(row_list)
return distance_matrix
Die Linie
row_list = [row['elements'][j]['distance']['value'] for j in range(len(row['elements']))]
extrahiert die Abstände zwischen Orten für eine Antwortzeile. Sie können dies mit einem Teil der Antwort (konvertiert durch json.loads) für einen einzelnen Start- und Zielort vergleichen (siehe unten).
{u'status': u'OK', u'rows':
[{u'elements': [{u'duration': {u'text': u'21 mins', u'value': 1264},
u'distance': {u'text': u'15.2 mi', u'value': 24392},
u'status': u'OK'}]}],
u'origin_addresses': [u'3610 Hacks Cross Rd, Memphis, TN 38125, USA'],
u'destination_addresses': [u'1921 Elvis Presley Blvd, Memphis, TN 38106, USA']}
Wenn Sie eine Zeitmatrix mit Reisezeiten zwischen Standorten erstellen möchten, ersetzen Sie in der Funktion build_distance_matrix 'distance' durch 'duration'.
Programm ausführen
Mit dem folgenden Code in der Funktion "main" wird das Programm ausgeführt.
def main(): """Entry point of the program""" # Create the data. data = create_data() addresses = data['addresses'] API_key = data['API_key'] distance_matrix = create_distance_matrix(data) print(distance_matrix)
Wenn Sie das Programm ausführen, wird die Distance Matrix wie unten dargestellt gedruckt.
[[0, 24392, 33384, 14963, 31992, 32054, 20866, 28427, 15278, 21439, 28765, 34618, 35177, 10612, 26762, 27278], [25244, 0, 8314, 10784, 6922, 6984, 10678, 3270, 10707, 7873, 11350, 9548, 10107, 19176, 12139, 13609], [34062, 8491, 0, 14086, 4086, 1363, 11008, 4239, 13802, 9627, 7179, 1744, 925, 27994, 9730, 10531], [15494, 13289, 13938, 0, 11065, 12608, 4046, 10970, 581, 5226, 10788, 15500, 16059, 5797, 9180, 9450], [33351, 7780, 4096, 11348, 0, 2765, 7364, 4464, 11064, 6736, 3619, 4927, 5485, 20823, 6170, 7076], [32731, 7160, 1363, 12755, 2755, 0, 9677, 3703, 12471, 8297, 7265, 2279, 2096, 26664, 9816, 9554], [19636, 10678, 11017, 4038, 7398, 9687, 0, 9159, 3754, 2809, 7099, 10740, 11253, 8970, 5491, 5928], [29097, 3270, 4257, 11458, 4350, 3711, 9159, 0, 11174, 6354, 10160, 5178, 5258, 23029, 10620, 12419], [15809, 10707, 13654, 581, 10781, 12324, 3763, 10687, 0, 4943, 10504, 15216, 15775, 5216, 8896, 9166], [21831, 7873, 9406, 5226, 6282, 8075, 2809, 6354, 4943, 0, 6967, 10968, 11526, 10159, 5119, 6383], [28822, 11931, 6831, 11802, 3305, 6043, 7167, 10627, 11518, 7159, 0, 5361, 6422, 18351, 3267, 4068], [35116, 9545, 1771, 15206, 4648, 2518, 10967, 5382, 14922, 10747, 5909, 0, 1342, 29094, 8460, 9260], [36058, 10487, 927, 16148, 5590, 2211, 11420, 9183, 15864, 11689, 6734, 1392, 0, 30036, 9285, 10086], [11388, 19845, 28838, 5797, 20972, 27507, 8979, 23880, 5216, 10159, 18622, 29331, 29890, 0, 16618, 17135], [27151, 11444, 9719, 10131, 6193, 8945, 5913, 10421, 9847, 5374, 3335, 8249, 9309, 16680, 0, 1264], [27191, 14469, 10310, 9394, 7093, 9772, 5879, 13164, 9110, 6422, 3933, 8840, 9901, 16720, 1288, 0]]
Reisezeitmatrix
Wie oben erwähnt, möchten Sie eine Matrix für die Fahrtzeiten zwischen Standorten (anstelle von Entfernungen) erstellen. Ersetzen Sie in der Funktion build_distance_matrix einfach 'distance' durch 'duration'. Wenn Sie das Programm mit dieser Änderung ausführen, wird die folgende Reisezeitmatrix angezeigt:
[[0, 1232, 1599, 964, 1488, 1441, 1291, 1323, 978, 1228, 1493, 1617, 1570, 765, 1272, 1359], [1333, 0, 653, 922, 542, 495, 864, 297, 917, 622, 783, 671, 624, 1059, 985, 904], [1669, 643, 0, 1291, 447, 161, 1021, 461, 1258, 862, 715, 419, 198, 1395, 855, 904], [1062, 862, 1262, 0, 946, 1104, 360, 926, 61, 482, 995, 1237, 1190, 589, 761, 839], [1626, 600, 475, 1008, 0, 317, 688, 505, 976, 630, 446, 475, 428, 1271, 587, 648], [1537, 511, 166, 1158, 314, 0, 889, 402, 1125, 730, 697, 430, 313, 1262, 837, 770], [1388, 891, 1022, 374, 668, 863, 0, 731, 341, 259, 731, 1110, 1091, 869, 496, 570], [1407, 303, 489, 934, 492, 410, 725, 0, 901, 482, 692, 580, 587, 1132, 845, 814], [1060, 914, 1215, 55, 899, 1057, 314, 880, 0, 435, 949, 1190, 1144, 528, 714, 792], [1314, 651, 855, 475, 605, 696, 260, 491, 443, 0, 700, 830, 783, 970, 489, 596], [1530, 801, 697, 990, 427, 625, 709, 721, 957, 663, 0, 542, 634, 1084, 338, 387], [1704, 678, 370, 1355, 508, 430, 1074, 598, 1322, 866, 564, 0, 297, 1405, 703, 752], [1612, 586, 215, 1201, 416, 359, 1070, 506, 1169, 773, 639, 313, 0, 1312, 778, 827], [861, 1074, 1441, 610, 1337, 1282, 869, 1164, 555, 990, 1157, 1433, 1386, 0, 936, 1022], [1375, 1045, 899, 795, 629, 825, 588, 901, 762, 549, 408, 744, 836, 929, 0, 107], [1428, 947, 957, 885, 692, 750, 599, 867, 852, 637, 362, 803, 894, 982, 111, 0]]
Distance Matrix in einem VRP-Programm verwenden
Wenn Sie die oben gezeigte Distance Matrix in einem VRP-Programm verwenden möchten, ersetzen Sie die Distance Matrix im vorherigen VRP-Beispiel durch die obige Distance Matrix. Ändern Sie außerdem den Wert des Parameters maximum_distance in der Entfernungsdimension in 70000. Wenn Sie das geänderte Programm ausführen, wird die folgende Ausgabe zurückgegeben.
Route for vehicle 0: 0 -> 1 -> 7 -> 5 -> 4 -> 8 -> 0 Distance of route: 61001m Route for vehicle 1: 0 -> 0 Distance of route: 0m Route for vehicle 2: 0 -> 3 -> 2 -> 12 -> 11 -> 6 -> 0 Distance of route: 61821m Route for vehicle 3: 0 -> 13 -> 9 -> 10 -> 14 -> 15 -> 0 Distance of route: 59460m Total distance of all routes: 182282m
Gesamtes Programm
Das gesamte Programm ist unten zu sehen.
import requests
import json
import urllib
def create_data():
"""Creates the data."""
data = {}
data['API_key'] = 'YOUR_API_KEY'
data['addresses'] = ['3610+Hacks+Cross+Rd+Memphis+TN', # depot
'1921+Elvis+Presley+Blvd+Memphis+TN',
'149+Union+Avenue+Memphis+TN',
'1034+Audubon+Drive+Memphis+TN',
'1532+Madison+Ave+Memphis+TN',
'706+Union+Ave+Memphis+TN',
'3641+Central+Ave+Memphis+TN',
'926+E+McLemore+Ave+Memphis+TN',
'4339+Park+Ave+Memphis+TN',
'600+Goodwyn+St+Memphis+TN',
'2000+North+Pkwy+Memphis+TN',
'262+Danny+Thomas+Pl+Memphis+TN',
'125+N+Front+St+Memphis+TN',
'5959+Park+Ave+Memphis+TN',
'814+Scott+St+Memphis+TN',
'1005+Tillman+St+Memphis+TN'
]
return data
def create_distance_matrix(data):
addresses = data["addresses"]
API_key = data["API_key"]
# Distance Matrix API only accepts 100 elements per request, so get rows in multiple requests.
max_elements = 100
num_addresses = len(addresses) # 16 in this example.
# Maximum number of rows that can be computed per request (6 in this example).
max_rows = max_elements // num_addresses
# num_addresses = q * max_rows + r (q = 2 and r = 4 in this example).
q, r = divmod(num_addresses, max_rows)
dest_addresses = addresses
distance_matrix = []
# Send q requests, returning max_rows rows per request.
for i in range(q):
origin_addresses = addresses[i * max_rows: (i + 1) * max_rows]
response = send_request(origin_addresses, dest_addresses, API_key)
distance_matrix += build_distance_matrix(response)
# Get the remaining remaining r rows, if necessary.
if r > 0:
origin_addresses = addresses[q * max_rows: q * max_rows + r]
response = send_request(origin_addresses, dest_addresses, API_key)
distance_matrix += build_distance_matrix(response)
return distance_matrix
def send_request(origin_addresses, dest_addresses, API_key):
""" Build and send request for the given origin and destination addresses."""
def build_address_str(addresses):
# Build a pipe-separated string of addresses
address_str = ''
for i in range(len(addresses) - 1):
address_str += addresses[i] + '|'
address_str += addresses[-1]
return address_str
request = 'https://maps.googleapis.com/maps/api/distancematrix/json?units=imperial'
origin_address_str = build_address_str(origin_addresses)
dest_address_str = build_address_str(dest_addresses)
request = request + '&origins=' + origin_address_str + '&destinations=' + \
dest_address_str + '&key=' + API_key
jsonResult = urllib.urlopen(request).read()
response = json.loads(jsonResult)
return response
def build_distance_matrix(response):
distance_matrix = []
for row in response['rows']:
row_list = [row['elements'][j]['distance']['value'] for j in range(len(row['elements']))]
distance_matrix.append(row_list)
return distance_matrix
########
# Main #
########
def main():
"""Entry point of the program"""
# Create the data.
data = create_data()
addresses = data['addresses']
API_key = data['API_key']
distance_matrix = create_distance_matrix(data)
print(distance_matrix)
if __name__ == '__main__':
main()