基于QUBO模型的多维背包问题

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王琪玮*,  杨洪礼

山东科技大学, 数学与系统科学学院, 山东青岛 266590

摘     要: 多维背包问题是经典的组合优化问题,目标是找到一组最优的选择方案,以满足所有的约束条件。传统多维背包问题的求解算法普遍存在计算速度慢、计算量随问题维度的增加而呈现指数级增长等缺点。针对以上问题,提出QUBO(二次无约束二进制优化)模型,将多维背包问题表示为一个二次无约束二进制优化问题。使用二进制变量表示多维背包问题的目标函数,通过惩罚项将约束条件以二次项的形式添加到目标函数中,进一步将目标函数转换为QUBO形式,选择量子退火算法找到QUBO问题的最优解。通过开源Python库PyQUBO创建相应模型,在D-Wave平台用量子退火算法求解。结果表明,QUBO模型有较强的数学表达能力使问题更具有结构性,并适用于大规模问题,处理含有大量变量和约束条件的多维背包问题。
关 键 词: 多维背包问题; QUBO模型; 二进制; 无约束; 量子退火法
DOI: 10.57237/j.cst.2023.03.005
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