Математичні моделі та алгоритми оптимальної упаковки куль та кубів у сферичний та кубічний контейнери

Abstract

Розглянуто математичні моделі та алгоритми оптимальної збалансованоїрозрідженої упаковки куль та кубів у сферичний та кубічний контейнери.Збалансованою розрідженою (задаються допустимі відстані між обʼєктами)упаковкою об’єктів у зовнішній контейнер є така їх упаковка, коли центрваги сімейства об’єктів збігається з центром зовнішнього контейнера, авідстані між об’єктами та відстані від них до зовнішнього контейнера булине менші за наперед задані величини. Наведено математичні моделі, послідовні та паралельні алгоритми розв’язання задач знаходження збалансованої розрідженої упаковки куль різних радіусів у сферичний та кубічнийконтейнери. Наведено математичну модель задачі знаходження збалансованої розрідженої упаковки кубів у куб мінімального обʼєму за умови, щосторони всіх кубів паралельні осям координат, та опис негладкої штрафноїфункції для пошуку локальних мінімумів задачі. Досліджувані задачівідносяться до класу NP-важких задач. Математичні моделі представленібагатоекстремальними задачами нелінійного програмування. Для пошукунайкращого допустимого розвʼязку застосовується метод мультистарту усполученні з r-алгоритмом Шора. Для цього задача зводиться до задачібезумовної оптимізації за допомогою штрафних функцій у вигляді функціймаксимуму, а для пошуку локальних мінімумів із набору стартових точокзастосовуються методи мінімізації негладких функцій, що базуються навикористанні програмних реалізацій r-алгоритму. Математичні моделі тапослідовні і паралельні алгоритми, що розглядаються, можна використатидля розробки програмних засобів розв’язування задач знаходження збалансованої розрідженої упаковки сферичних та кубічних обʼєктів у сферичніта кубічні контейнери. Матеріал представлено в трьох розділах. У розд. 1 наведено математичну модель та алгоритми розв’язання задачі знаходження збалансованої розрідженої упаковки куль різних радіусів у сферичнийконтейнер. Описано послідовний та паралельний алгоритми знаходженнянайкращого допустимого розв’язку задач. У розд. 2 наведено математичну модель та алгоритми розв’язання задачі знаходження збалансованої розрідженоїупаковки куль різних радіусів у кубічний контейнер. Описано послідовний тапаралельний алгоритми знаходження найкращого допустимого розв’язкузадач. У розд. 3 наведено математичну модель задачі знаходження збалансованої розрідженої упаковки кубів у кубічний контейнер. Наведено описнегладкої штрафної функції для пошуку локальних мінімумів задачі.