得物极光蓝纸箱尺寸设计实践
得物极光蓝纸箱尺寸设计实践
极光蓝包装盒成潮流标识，得物成年轻潮人精神归属，特殊的包装材料已经在消费者之间形成了强大的心智，极光蓝等于得物。
但是由于早期箱型尺寸数据由人工经验设计，出现包装箱尺寸和商品尺寸匹配度不高的问题，一般会造成以下影响：
不合理的纸箱尺寸导致部分商品使用了较大的纸箱，造成了纸箱采购成本的浪费。
考虑到纸箱招标节奏以及还需要留给仓内打样试装，试发货的时间，所以需要用比较快的速度完成建模和计算。
在这件事上，业务方也无法给出一些特别明确的准则，例如具体要算的综合目标中是包含运输成本的，这之中包含承运商的分配算法规则和他们的运费模板，将这些因素直接纳入到箱型建模之中基本是不可能的，再如箱子的数量是影响采购招标谈判的成本以及仓内的人效的，这里很难量化，也无法直接定义箱型数量值的评判标准。因此首先要和业务方产品分析现状定义目标，将问题全部量化，同时去简化问题。
s数据：过去一年的发货s主数据及其对应的销量，再排除规则之外只考虑用纸箱包装发货的商品、排除异性箱包装商品和异常值（哈尔滨纸箱包装）。
纸箱尺寸参数约束：考虑面单尺寸（哈尔滨纸箱包装）和便于仓内人员打包等合理性（哈尔滨纸箱包装），我们确定了纸箱上下限，形成数百万组合的空间。
箱型数约束：排除异型箱，需综合考虑装箱率、采购成本和仓内效率，一般来说单仓的箱型数量不宜超过15个。
覆盖率约束：在已经筛选出纸盒外包装打包的s的前提下，接受部分异形、大件物品不可被箱型组覆盖，要求覆盖发货订单率=%。
基于以上对问题的分析可以看出，如果有了一组解K个箱型，去计算装箱率，这个问题的复杂度还好。但是如果正面去计算，则需对符合条件的s去遍历箱型组合，这个基本上是无法在有效时间内算出结果的。
排除异型箱，基于得物当前的仓内实际情况，本次预计新设计的箱子数在8~15个，需综合考虑装箱率、采购成本和仓内效率，当箱型数量增加时，装箱率会提高，采购成本也会提高，仓内效率会降低。由于这里并不能量化它，例如给出具体综合指数，因此此处决定给出多个版本，供业务方抉择，而不作为建模的约束或目标，这里相当于直接简化为把M组箱型的M * 固定一种箱型的复杂度，在实际中开发中，只需要用M个容器同时执行一次计算即可。
覆盖率约束是个不等式约束，且当前问题，不可覆盖的s部分的分布是非常显而易见的，集中在长宽高中一个或多个值超过仓内操控方便程度上限值，因此，这里将箱型上限值和接受不覆盖的部分，再建模之前先确定下来。
对于采购成本来说，这不必说，一定和纸箱的用纸情况有关，纸箱用纸越小（哈尔滨纸箱包装）则成本越低；
对于运输成本来说，基本上3p-哈尔滨纸箱包装都是用MAX(哈尔滨纸箱包装)的方法来计算，那么这和纸箱展开面积的优化方向也是正的；
如果把各3p-纸箱包装印刷招聘运费模板加入到建模中，同时也需要考虑承运商分配的算法设计，那么问题会过于复杂，计算量也是很大。现在很显然，我们只要优化单均用纸面积，如果某单优化后的纸箱包装未触及运费模板的变动范围，则运费不变，若触及则运费成本必然会降低。
综上，最终考虑用装箱率这个间接指标作为目标，装箱率指的是测试的数据集s总体积 / 数据集发货箱子总体积，这个也是产品和业务方很熟悉且一直在的指标。
经过上述简化，这里将目标函数定义成了装箱率，并且发货订单覆盖率、箱型数约束值放在了建模问题之外。
其中，S-纸箱如何包装i表示S-盱眙纸箱包装i的销量，R-红酒纸箱包装i表示S-成都纸箱包装厂招聘i的推荐箱型结果装箱率
同时我们对s进行长宽高的排序清洗，同时定义纸箱长宽高
方法主要是用单纯形法（纸箱包装设计图）或者一些迭代的方法（杭州纸箱包装）再结合分枝定界法找到我们要的整数解。方法如果是刀鱼包装纸箱问题能通过单纯形法在可行域的顶点中找到全局最优解，非包装纸箱属于什么也是通过微分学方法或者有限次的迭代找到接近于最优解的，由于不是多项式时间的求解方法，故而往往在大规模实例上不可行。
启发算法如遗传算法、蚁群算法、进化算法、智能算法针对普遍的问题。可以将它当作一个黑箱子对几乎任何问题适用。启发式算法，说白了就是有方向的穷举法，在计算资源有限的情况下，需要根据问题场景和模型特点，选择合理的邻域结构或操作机制，在全局搜索能力和局部搜索能力之间做权衡。启发算法通常需要给定初始解；另外，算法不能保证在多项式时间收敛，但常常可以控制算法迭代次数。
对于线性规划问题，它的可行解构成的为凸集或者域，基可行解对应凸集的顶点，通过凸集的性质得出最优解会在凸集的顶点上，然后通过遍历再排序的方法可以得出最优解，但是当顶点过多的时候，则需要用单纯形法找到线性规划的最优解。
如果目标函数或者约束条件中含有非线性函数，例如当前的问题中目标函数装箱率中具有非线性因素，这种规划问题为非线性规划问题。一般来说，解非线性规划问题要比解规划问题困难的多，它不像求解线性规划有单纯形法这一种通用方法，非线性规划目前还没有适用于各种问题的一般算法，各个方法都有自己特定的适用范围。
分支定界法的核心思想就是分枝和剪枝。当不考虑所求解必须是整数这个条件时，用单纯形法可求出最优解，但是这个解往往不全是整数，因此采用剪枝的方式一点一点缩小范围，直到所求解为整数解。
从图中可以看到，初始化阶段，需要给定输出的全局的上界和下界，如果能有一些启发式的方法获得稍微好点的上下界作为初始解导入那是的不过的了。如果没有的话可以先设置为正负无穷大。
接着进入到主循环中，通过求解整数规划的连续松弛问题（线性规划）来得到该子问题的上界；分解问题可以帮助对整数规划问题进行拆分，同时也可以帮助我们得到下界。
2然后采用适应度函数分别计算每一条染色体的适应程度，并根据适应程度计算每一条染色体在下一次进化中被选中的概率。
首先粗略看下近一年得物发货的s的长、宽、高主数据及其销量分布，这是我们设计箱型的依据数据。同时综合考虑仓内实际作业时候的效率以及采购的成本，因此箱子的种类数量也不可太多，否则会增加仓内打包人员取箱子的难度，采购成本也会相应提高。
在这一步，考虑到首先要准确和当前箱型 A/B ，同时8~15种这个数量加入到建模参数中也增加了计算复杂度，所以决定固定这个箱型数量的值，首先假设固定N种箱型，每个箱型长宽高三个数，即输出3 * N个参数。
接下来我们定义一下商品s和箱型的 长宽高，首先对近一年的数据进行长宽高排序、异常值等清洗，例如固定了12种箱型，我们就将s和箱型在长宽高维度用k-m聚类成12组。
做这个聚类分析， 一方面，根据实际情况，例如结合面单尺寸定义箱型下限，再结合箱型覆盖率下限值，定义箱型上限尺寸；
另一方面，每个聚类的值可以作为箱型的初始化值实际需要加上5作为缝隙。
业务上约束来说，只需要将商品装入箱子，留下缝隙即可，且由于确定箱子的种类数量，这里还需要确定的是每组箱子的长宽高，即
最终选择的1203方案作为工程侧的输出，装箱率提升5.%，单均用纸面积节约7.6%，单均运费降低0.06元。
在写这篇文章查相关资料发现的挺有脑洞的内容，用数个带有颜色的三角形，组装成图像。
在优化算法中，介绍了遗传算法的大致流程，那么绘制这个NONO和箱型设计有啥区别呢？
在箱型设计中，需要基于装箱率指标去计算箱子尺寸，因此，在定义适应度函数的时候，只要取Me装箱率这个指标即可，那么到了此处，只要将目标函数定义为不同颜色尺寸的透明三角形组装结果与目标图片的相似度即可。
首先需要找到能够量化透明三角形组成的图和目标NONO图的差异或者相似度的方法，那么如何定义相似度呢？图像的相似度即在某个颜色空间例如RGB、HSV下的值向量的相似度，每个点的差异值总和最小则越接近想要的目标图案，常用的评估函数例如MSE、RMSE、PSNR、ERGAS、SAM等。
下图是对于一些图像噪声方法，各种相似度评估方法对应的相似度结果。其中“O-出口纸箱包装”一栏显示的是原始图像与自身比较后的分数。
这里用不一定完全用轮盘赌方法来做选择，%概率选择适应度函数靠前的解，5%的概率从其他解里面随机选择。
这里也一样用随机数，大概率随机从父类中继承赋值基因，小概率修改基因值，坐标交叉变异大致如下，颜色交叉变异同理。
