1 D类竞赛题目---具体题目

D题 天然肠衣搭配问题

天然肠衣（以下简称肠衣）制作加工是我国的一个传统产业，出口量占世界首位。肠衣经过清洗整理后被分割成长度不等的小段（原料），进入组装工序。

传统的生产方式依靠人工，边丈量原料长度边心算，将原材料按指定根数和总长度组装出成品（捆）。

原料按长度分档，通常以0.5米为一档，如：3-3.4米按3米计算，3.5米-3.9米按3.5米计算，其余的依此类推。表1是几种常见成品的规格，长度单位为米，∞表示没有上限，但实际长度小于26米。

表1 成品规格表

最短长度	最大长度	根数	总长度
3	6.5	20	89
7	13.5	8	89
14	∞	5	89

为了提高生产效率，公司计划改变组装工艺，先丈量所有原料，建立一个原料表。表2为某批次原料描述。

表2 原料描述表

长度	3-3.4	3.5-3.9	4-4.4	4.5-4.9	5-5.4	5.5-5.9	6-6.4	6.5-6.9
根数	43	59	39	41	27	28	34	21
长度	7-7.4	7.5-7.9	8-8.4	8.5-8.9	9-9.4	9.5-9.9	10-10.4	10.5-10.9
根数	24	24	20	25	21	23	21	18
长度	11-11.4	11.5-11.9	12-12.4	12.5-12.9	13-13.4	13.5-13.9	14-14.4	14.5-14.9
根数	31	23	22	59	18	25	35	29
长度	15-15.4	15.5-15.9	16-16.4	16.5-16.9	17-17.4	17.5-17.9	18-18.4	18.5-18.9
根数	30	42	28	42	45	49	50	64
长度	19-19.4	19.5-19.9	20-20.4	20.5-20.9	21-21.4	21.5-21.9	22-22.4	22.5-22.9
根数	52	63	49	35	27	16	12	2
长度	23-23.4	23.5-23.9	24-24.4	24.5-24.9	25-25.4	25.5-25.9
根数	0	6	0	0	0	1

根据以上成品和原料描述，设计一个原料搭配方案，工人根据这个方案“照方抓药”进行生产。

公司对搭配方案有以下具体要求：

这个直接就是表达式

(1) 对于给定的一批原料，装出的成品捆数越多越好；

(2) 对于成品捆数相同的方案，最短长度最长的成品越多，方案越好；

(3) 为提高原料使用率，总长度允许有± 0.5米的误差，总根数允许比标准少1根；

(4) 某种规格对应原料如果出现剩余，可以降级使用。如长度为14米的原料可以和长度介于7-13.5米的进行捆扎，成品属于7-13.5米的规格；

请建立上述问题的数学模型，给出求解方法，并对表1、表2给出的实际数据进行求解，给出搭配方案

2 第一条思路--打药方

我们看到题目有这么这个字眼
对于成品捆数相同的方案，最短长度最长的成品越多，方案越好
这个是解决这个题目的关键，最后一个方案越多，方案越好

14

∞

5

89

就是这个方案越多越好，那么我们就要想办法，怎么得出这个方案越多的方法，那么我们就可以想到用0-1变量，为什么我们会想到0-1变量来解决这个问题呢？

我们可以看到题目有这么个字眼
设计一个原料搭配方案，工人根据这个方案“照方抓药”进行生产
这个代表什么呢？就是我们要得到关于14~25.5的这些肠衣里面去挑选，我们要列举去这全部的挑选方案，什么是挑选方案呢？我们可以看到每一个方案后面都会有一个最大长度，那么14~∞这个的最大长度就是89，那么我们只需要挑选的时候，得到这个全部的挑选的方案在88.5~89.5长度里面，那么我们就可以用dfs算法来进行排列枚举，在24种肠衣里面进行挑选就好了，那么就是dfs的组合型枚举

我们利用C++里面的文件输出流和输入流来进行解决这个问题

#include<iostream>
#include<vector>
#include<cstring>
#include<fstream>
using namespace std;

long long res4, res5;
const int n = 24;
int ans1[25], ans2[25];

double a[25] = {
    0,14,14.5,15,15.5,16,16.5,17,17.5,18,18.5,
    19,19.5,20,20.5,21,21.5,22,22.5,23,23.5,24,24.5,25,25.5
};


ofstream outFile("output3.csv");

void printPattern(int* selected) {
    double sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 24; i++) {
        if (selected[i] > 0) sum += a[i] * selected[i];
    }
    outFile << sum << ",";
    for (int i = 1; i <= 24; i++) {
        outFile << selected[i];
        if (i < 24) outFile << ",";
    }
    outFile << endl;
}

void dfs4(int x, int start) {
    if (x > 4) {
        double sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 24; i++) {
            sum += a[i] * ans1[i];
        }
        if (sum >= 88.5 && sum <= 89.5) {
            res4++;
            printPattern(ans1);
        }
        return;
    }
    for (int i = start; i <= 24; i++) {
        ans1[i]++;
        dfs4(x + 1, i);
        ans1[i]--;
    }
}

void dfs5(int x, int start) {
    if (x > 5) {
        double sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 24; i++) {
            sum += a[i] * ans2[i];
        }
        if (sum >= 88.5 && sum <= 89.5) {
            res5++;
            printPattern(ans2);
        }
        return;
    }
    for (int i = start; i <= 24; i++) {
        ans2[i]++;
        dfs5(x + 1, i);
        ans2[i]--;
    }
}

int main() {
    memset(ans1, 0, sizeof(ans1));
    memset(ans2, 0, sizeof(ans2));
    dfs4(1, 1);
    dfs5(1, 1);
    cout << res4 + res5 << endl;
    outFile.close();
    return 0;
}

我们来理解一下这个dfs的思路

void dfs5(int x, int start) {
    if (x > 5) {
        double sum = 0;
        for (int i = 1; i <= 24; i++) {
            sum += a[i] * ans2[i];
        }
        if (sum >= 88.5 && sum <= 89.5) {
            res5++;
            printPattern(ans2);
        }
        return;
    }
    for (int i = start; i <= 24; i++) {
        ans2[i]++;
        dfs5(x + 1, i);
        ans2[i]--;
    }
}

这个是我们在可以选择重复的，其实这个start不用也是可以的，思路就是我们这个数字的状态就是选择和未选择，当到达5种的时候就直接进行return,然后我们就加上这个对应的数组，然后这个ans是可以代表这个种类选择了多少，然后如果成立的话就输出这个ans就好了

这个时候我们就可以输出到xlx表格上面了，输出文件对应的函数是outFile这方法，输出到表格上面，输出，是表示换到下一列去进行输出

3 按药方进行抓药

这个时候我们有xlsx表格里面存储着这个药房的种类，那么我们就进行按药房抓药就好了，我们还可以很据上面的程序得出这个总的方案数为4286，然后我根据这些药房进行抓取就好了

我们有这么多的方案数，那么就是我们要在这些方案里面的出更多的捆数，因为这就是所有的捆的方案了，我们只需要进行最大值，就是在这么多捆里面得出最大值就好了

所以我们可以写出一个表达式为
 

这里的2783改为4286，然后我们就要进行约束变量

我们在进行捆的时候，我们捆的是不可以超过他原本给的肠衣的数量的，所以我们就可以建立一个这样的约束条件

模型的学习

这里的bij表示的这个表示这第i种方案的第j种的肠衣的数量，我们把4286所挑选的同一个肠衣的数量进行相加，那么就可以得到这个每一个肠衣数量，然后根这歌aj进行比较也就是对应的肠衣的数量，这样我们就可以得到这歌最大的捆数，这样后面的捆数也是是十分简单就可以进行求解的

4 总结

1 0-1变量的模型构建

1 0-1变量什么时候使用？
当我们在建立最短或者最多这种类型问题的时候，一般都要考虑要用0-1变量，为什么呢？就比如这一个题目，就是我们在进行挑选出最多的捆数的时候，我们只要把所有的捆数进行捆出来，因为这些药材只可以这么捆，得到了这些捆数的方案的话，那么就可以进行对于这么多种类的捆数进行挑选，我们只需要找到最多的的捆数就好了，这个时候就可以用0-1变量，因为只可以捆这么多，我们在最大值加1就好了

2 0-1变量新的构建方法

构建0-1变量模型的时候，我们会遇到类似于这歌题目的情况，例如我们每一个方案里面有多个数据，但是这个数据又有约束
我们根据LINGO编程的技巧来想，求和为sum，后面的约束入i =1..128，这种是进行一个循环
那么我们就可以求和对于这么多种的方案，然后循环对于这些24种的
 

我们就可以获得这样的约束条件，这就是一个循环一个sum，这样我们就可以进行不断地进行比较了

2 组合

这个直接用我们dfs算法就可以解决了