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虽然很久了,给个答案吧,,车间作业调度问题遗传算法通用Matlab程序(2009-04-14 19:01:46)标签:杂谈
, r. @* _3 J- o3 k明:此程序包含本人的原创成果,尚不能完全公开发表,故随机删掉了其中的几行,一般人是很难将其补充完整并正确运行的。
5 A0 k$ f# n9 @% z" }) Gfunction [Zp,Y1p,Y2p,Y3p,Xp,LC1,LC2]=JSPGA(M,N,Pm,T,P)
9 B/ L$ `: P2 ?% i' |" J% [%--------------------------------------------------------------------------
3 D X8 V) q( y1 v% D) n1 @! I$ F" N0 o( k& D% JSPGA.m9 D+ a# _: _0 H- x
% 车间作业调度问题遗传算法
$ B: Z t) C" ?' i$ [%--------------------------------------------------------------------------
$ a# u! y$ s7 V# u% k7 W% 输入参数列表# c4 r+ {4 J' @) k
% M 遗传进化迭代次数" B/ A% l2 e6 z) c% ]% j6 C8 R
% N 种群规模(取偶数)& n8 W# g. T8 l& t" x! d" M5 K. x9 _
% Pm 变异概率0 t# a7 N/ K. Q4 M) l5 f0 o
% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间1 e0 X$ T0 j" ~" z$ N7 f1 \7 ^1 W
% P 1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目/ u: m( |4 U! p6 w; B7 M" I2 R7 u
% 输出参数列表$ \; G4 i7 y( S5 J8 L3 h T
% Zp 最优的Makespan值' ]: b" \; k. Y7 h _
% Y1p 最优方案中,各工件各工序的开始时刻,可根据它绘出甘特图. c1 `0 l. v6 E7 a( Q! o5 d
% Y2p 最优方案中,各工件各工序的结束时刻,可根据它绘出甘特图
" B- J Z* P, E% v, C% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
& B3 f Q5 x. r4 Q, D% Xp 最优决策变量的值,决策变量是一个实数编码的m×n矩阵. Z1 B+ ?& R8 d$ g6 c; M
% LC1 收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录
& o7 I4 {" h, P9 X3 f% LC2 收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录( ?' W9 l0 D: {$ y
% 最后,程序还将绘出三副图片:两条收敛曲线图和甘特图(各工件的调度时序图)! o8 a1 c4 i& }) ]
- S7 m3 Z; b, H, p; L1 }" J( R%第一步:变量初始化
; V; s9 `7 ^) A' m[m,n]=size(T);%m是总工件数,n是总工序数, k5 W/ A+ d; y6 b r
Xp=zeros(m,n);%最优决策变量/ [( s2 ]$ C4 @! C
LC1=zeros(1,M);%收敛曲线1
5 V2 {6 x" V3 a# d4 h% aLC2=zeros(1,N);%收敛曲线2
; R# M3 x; x! l9 @
/ F, F( E8 J# b%第二步:随机产生初始种群
6 V( Q7 b: Y4 Afarm=cell(1,N);%采用细胞结构存储种群" A. _5 |" I( @3 M& x; U' D
for k=1:N
% h. J/ q1 M/ z3 }8 G* p' N) c X=zeros(m,n);0 w. A: x- f9 k, r% D+ \, }
for j=1:n+ U8 t6 @ ~' I. u( q% `+ e
for i=1:m2 v! D3 {% y5 M5 D5 X4 h: v
X(i,j)=1+(P(j)-eps)*rand;
$ j8 Q1 T5 S8 E6 P" p end% ]& _2 y( d1 U7 V8 T) q+ c+ t ~
end
% u+ K2 \6 D* ]% ^' k) U: ~ farm{k}=X;2 |# S* V$ j) n( n* s9 I
end0 v2 d3 o! { }; C
3 |7 ?. n ]/ f
counter=0;%设置迭代计数器8 _4 {$ O( q4 @$ ~6 n7 ~/ V- m
while counter
6 G' v! H1 `& R4 m * p+ L/ g3 K; ]+ O1 q. s( O+ y$ _
%第三步:交叉+ J- s4 ?) b8 x' H. Z/ R
newfarm=cell(1,N);%交叉产生的新种群存在其中
! k- _" ^3 S4 ~# d2 f: t/ C Ser=randperm(N);
" b' d' ^" ~# ]4 ?& n: I for i=1:2 N-1)8 n6 c' I3 c- f
A=farm{Ser(i)};%父代个体/ h5 }8 S% z& h4 s" k l' S( F" o3 S& h
B=farm{Ser(i+1)};! k7 A1 Y4 H8 O: w7 h0 _
Manner=unidrnd(2);%随机选择交叉方式- z" [& @, c' i; s" _ t
if Manner==1
7 ~1 p5 h5 m- Y+ U" S cp=unidrnd(m-1);%随机选择交叉点, u/ |; Z( H; H3 O8 d( W
%双亲双子单点交叉
& W& Z% K' A' {2 T a=[A(1:cp, ;B((cp+1):m, ];%子代个体' P; I) }% d& ^, W0 q: l n4 B3 p
b=[B(1:cp, ;A((cp+1):m, ];2 ]6 J$ p) @+ j, R: {; K" ~
else
: h" V) U) `8 J$ O! @4 c2 G cp=unidrnd(n-1);%随机选择交叉点7 `$ }, l! a" K6 H7 j2 \
a=[A(:,1:cp),B(:,(cp+1):n)];%双亲双子单点交叉+ N2 } j, e( i2 [. m
b=[B(:,1:cp),A(:,(cp+1):n)];
. D0 T5 ` k6 D8 \% V% E# P/ { end
& V# b9 ?5 S8 {. u newfarm{i}=a;%交叉后的子代存入newfarm0 f9 W$ ^# i; n; l( }; M
newfarm{i+1}=b;
+ ?7 u# V& }8 @8 T1 W end
3 ~& R) [+ h( n* k5 k %新旧种群合并
& U6 t! n8 R. _7 a2 J2 U FARM=[farm,newfarm];
* }5 k- o6 N% \3 @3 u4 @' Q 8 p5 u( Y. d& C+ k' M
%第四步:选择复制* F; l( @% @" M1 {# e( p/ `* }
FITNESS=zeros(1,2*N);& ?9 H( o# k3 [/ x3 I3 M- [% c+ i
fitness=zeros(1,N);1 u0 J, A) \* D
plotif=0;; ]! c4 d, Z; G
for i=1 2*N)
+ Z( ~8 C! T U( D5 F$ j- q X=FARM{i};
, k* R' ], f" N/ p: o Z=COST(X,T,P,plotif);%调用计算费用的子函数3 X( D6 Y% t" [* g
FITNESS(i)=Z;
$ w( S2 M; N" P+ k. Y end
2 b8 m) E! n. } k( G3 ] %选择复制采取两两随机配对竞争的方式,具有保留最优个体的能力# G5 Y; m+ k. Y7 |
Ser=randperm(2*N);
" N6 d' f8 [, n( d2 y' ^) R7 L for i=1:N
4 S$ V) ]9 J: L0 I9 ]& x6 k+ M' i f1=FITNESS(Ser(2*i-1));4 \) I; W- M! ?- K
f2=FITNESS(Ser(2*i));2 O( H5 v3 W$ X/ \1 U
if f1<=f2
& L7 N+ n, `% \, h8 [5 Z+ j farm{i}=FARM{Ser(2*i-1)};
+ B3 A, t4 p0 O: X- Y3 k F7 {) J fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1));* h# d3 s r; s) l, h
else# O' J1 K2 L; N8 ^0 c
farm{i}=FARM{Ser(2*i)};
- R& t9 A/ W: R$ x6 L5 S fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i));4 V3 L$ u% T& H- V/ M% S, |& c
end
9 z4 j) u. _: R# p' \4 [ M end
' K6 X0 l7 R/ X+ @ %记录最佳个体和收敛曲线# g! q9 r g3 [1 ~1 u4 X0 d0 X
minfitness=min(fitness)5 }; m: x- @9 o6 c
meanfitness=mean(fitness)# q5 p) @5 v+ n3 O, k! ]
LC1(counter+1)=minfitness;%收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录
' T c9 I: ?( C1 f2 e- w/ p1 c8 y LC2(counter+1)=meanfitness;%收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录1 Q" ~/ s9 @) N8 s* X% f, {6 |
pos=find(fitness==minfitness);8 `% P1 l! _; Z. @" X6 J1 B- v) D. I
Xp=farm{pos(1)};
/ _( i i$ ?; [: |! i : k+ H# r1 K" x
%第五步:变异
. I" ]7 P3 ^( V for i=1:N
5 Y- l* {1 U/ ?+ [0 l9 Z# ^ { if Pm>rand;%变异概率为Pm6 J2 J. ^. S) [' @
X=farm{i};
0 h, U8 [$ u2 A1 P3 n3 M+ c I=unidrnd(m);* l7 J- |9 W g+ n0 L: P1 w1 }# B
J=unidrnd(n);
) N# F5 C! h7 L X(I,J)=1+(P(J)-eps)*rand;. b5 h2 F3 g' F; i* ?- Z
farm{i}=X;7 R& }* V& x- M' k
end
* c* Q+ u2 b3 X; C end
) w- x' q5 e- u' x farm{pos(1)}=Xp;
( F0 E4 O* H1 U" E% }. T5 @! E
# O/ m! {) s; u* `3 O6 K H* J! Z9 {, r counter=counter+1
0 z, H/ u; _/ _$ Yend
* W) e" @; J3 q
& l* F) x' J9 F& ^3 d8 P%输出结果并绘图
+ v# P( K* U( I0 x7 [$ {figure(1);' Z3 O6 X0 Y8 Y
plotif=1;7 ?! k$ x, C, x9 N y" o2 ^7 x
X=Xp;2 @7 ^" O# e1 O! J% y- Y* Q, k
[Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif);
- C: ~4 Z+ q; u# A0 ~7 Sfigure(2);0 e3 g1 ^5 o9 ]9 t( H- O1 }
plot(LC1);
G6 ^$ G* }# {7 K( C4 }figure(3);) T( P% S O, G7 D! o1 v' c
plot(LC2);
( X- ?$ d9 ^2 e/ j3 y* T$ F# J" F+ H. u; c- ~3 J7 f2 u
/ x( C; e6 z8 d, {
+ \; a) b4 [9 U0 g- v, j: D% }3 R0 h4 G5 x, T1 o" f
function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif) I4 L0 q; F! j: y
% JSPGA的内联子函数,用于求调度方案的Makespan值2 Y% ~0 i( a2 E
% 输入参数列表3 Z& o- \! w, _- \ }/ l
% X 调度方案的编码矩阵,是一个实数编码的m×n矩阵2 O: U4 o2 z5 g& `
% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间: U6 z' L) R( S# P7 M
% P 1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目
& u% ^* p0 R: O% plotif 是否绘甘特图的控制参数. F4 y! n2 q7 V( S
% 输出参数列表
1 h- D* V4 |& |% Zp 最优的Makespan值
6 V6 T$ _- K# g1 m5 L% Y1p 最优方案中,各工件各工序的开始时刻- L. G' r; b' ]: N; T& d
% Y2p 最优方案中,各工件各工序的结束时刻" d( y2 o/ e( s3 ]) R" ?
% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号& I- F: g. ~9 T2 y3 f
! q; e$ s, e, U%第一步:变量初始化. u2 w( N7 Z; ]/ R" q" z( S
[m,n]=size(X);
* ^4 H4 R& h, V/ u0 [, o: c% YY1p=zeros(m,n);8 D! ]# r* d" J& l2 B4 {
Y2p=zeros(m,n);
/ R, F! r z% c; |Y3p=zeros(m,n);
* \' h5 G! I$ t }5 y% i0 t: h# ~$ y+ z* Z% m. I0 A, H8 r" ]
%第二步:计算第一道工序的安排
: C5 S, ?2 v; w- N( z) z/ ]Q1=zeros(m,1);
, a2 R% [7 k0 H! {' WQ2=zeros(m,1);
3 ]( p: S3 b! U! JR=X(:,1);%取出第一道工序8 i1 r0 Q/ P! N
Q3=floor(R);%向下取整即得到各工件在第一道工序使用的机器的编号7 b, }- n& G/ B; I
%下面计算各工件第一道工序的开始时刻和结束时刻1 |. k+ ^( M) i# l% H
for i=1 (1)%取出机器编号: u8 }# Z3 c& H) g' b- x2 ]
pos=find(Q3==i);%取出使用编号为i的机器为其加工的工件的编号
- s$ m: p6 v4 W) p8 D2 Y lenpos=length(pos);
$ B7 Y9 }8 e1 x/ N. j( t if lenpos>=1+ k2 h2 S/ u$ m: k9 H! |
Q1(pos(1))=0;1 b+ O* c9 L8 \( w
Q2(pos(1))=T(pos(1),1);" \. r0 X o/ T3 w
if lenpos>=2, C/ O; u) J3 U8 o7 Y
for j=2:lenpos
* U( f) C* ~' Y" r K Q1(pos(j))=Q2(pos(j-1));
2 a* l% }% m8 }9 y& H0 J Q2(pos(j))=Q2(pos(j-1))+T(pos(j),1);
* J% b/ K/ A9 y6 U# o; n, o. x end1 F- r2 N& q( C4 R/ _" F4 ~
end4 y. g' }/ P$ ~2 y2 i6 R! B
end
" B! j/ h* p4 d tend
2 ?3 d2 H5 ^: J& Z# ^Y1p(:,1)=Q1;
2 o: q+ N: _/ _# l3 O9 @/ a* {/ BY2p(:,1)=Q2;
/ p+ w9 v, I. fY3p(:,1)=Q3;- S/ k: J+ e# R; b7 E) I" I
4 e6 ~" D h1 s2 K2 @8 h3 h%第三步:计算剩余工序的安排
1 z% z; Y) x7 b/ ?6 efor k=2:n
. y! d3 E( z% u7 B, H R=X(:,k);%取出第k道工序* M% r( c# ?7 |6 m5 A! Q5 a
Q3=floor(R);%向下取整即得到各工件在第k道工序使用的机器的编号3 @4 {" C: b5 m% R
%下面计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻
4 ]% ^' o2 h5 t for i=1 (k)%取出机器编号! P/ W" t0 C7 ]
pos=find(Q3==i);%取出使用编号为i的机器为其加工的工件的编号
4 r& T8 `$ P! a9 j7 E+ o lenpos=length(pos);
+ K: @6 ?1 F- L3 Z7 ^ if lenpos>=1+ C ?9 `/ g* y5 D7 I( ~. N4 m
POS=zeros(1,lenpos);%上一个工序完成时间由早到晚的排序
6 m& L2 ?, ~3 I. i( u- H for jj=1:lenpos( h7 T$ e* R% g" D* L
MinEndTime=min(EndTime);# ]/ J; W# r" |3 u2 S
ppp=find(EndTime==MinEndTime);
7 J" ?7 c9 k2 }1 r/ n8 A POS(jj)=ppp(1);* d, n( e8 Z3 x
EndTime(ppp(1))=Inf;6 F% _! T8 Z; [% u5 q3 A# F
end " B% d5 I* e6 b" [/ Z8 q: B
%根据上一个工序完成时刻的早晚,计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻
0 v* l- l5 i3 E2 C5 w7 Y& s& s if lenpos>=2
% X+ Z- e% u5 X. W' y0 Q for j=2:lenpos
/ N$ h+ x" h+ C" p* u Q1(pos(POS(j)))=Y2p(pos(POS(j)),k-1);%预定的开始时刻为上一个工序的结束时刻% K0 u6 T( u, _( M* h; y- U* `. v8 q6 K
if Q1(pos(POS(j)))
; v5 |* E& o) C4 K# A' T, k Q1(pos(POS(j)))=Q2(pos(POS(j-1)));
8 h2 _! n% e3 S) Z' J9 h end
0 W8 _+ i+ h, _4 l end% G( O1 s* G- O) `
end. R; o, F4 F2 m% B
end
' ^- ]. l! c) a end
' c) w/ [9 e, ^8 ]5 ~ Y1p(:,k)=Q1;7 {2 Y; c( e& P5 v A
Y2p(:,k)=Q2;, A$ J% C% ~9 A9 [( \: O j& c
Y3p(:,k)=Q3;3 ~0 v1 I: X+ d5 q3 C" n* t
end5 s9 _8 F' |/ l. ^0 I5 M& q
7 j* {* j0 S" g5 m) {%第四步:计算最优的Makespan值
. A+ Y! a P% B Y0 ?& I, X) YY2m=Y2p(:,n);
3 Q5 s8 b5 |( x( F/ WZp=max(Y2m);' A4 C/ y- d0 y- [; n$ e6 `
5 g5 o; b& W1 `: \3 W
%第五步:绘甘特图
3 F' ~6 V! ~) Q4 Y( n1 o: O8 Tif plotif4 o9 Z9 v% D3 T& T
for i=1:m1 V( c+ K; ^ M! H
for j=1:n& ~% n' z3 M' u6 B
mPoint1=Y1p(i,j);6 M' M6 d/ w# G* {
mPoint2=Y2p(i,j);8 i5 B5 v) q! ^! C
mText=m+1-i;
! J6 ?; c! }' ]3 e PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText);
1 y( a& g3 T+ q6 Z# ?0 g3 R0 q Word=num2str(Y3p(i,j));
. y( N9 |9 v/ ^3 i %text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
" P( Q; U# k, f( c9 _9 ]. k, y hold on
' `% F5 v8 Y! }: u x1=mPoint1;y1=mText-1;5 @, `# T. p* F/ E3 @
x2=mPoint2;y2=mText-1;. K* w$ k) [, F, i4 N
x3=mPoint2;y3=mText;
: F: {8 E+ \' X5 T x4=mPoint1;y4=mText;% _0 ~( D2 N) t, @" O* Z
%fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],'r');
' L3 ~& e' n/ s- S3 I: [# k* N fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,0.5,1]);
, H5 D, W# j# q& c text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);& H. ?% U2 A" {) Q5 L0 G
end8 D+ @3 L8 c" a, H* l
end! P2 a; d' T# F, V
end$ ]7 [' b, [: [" I! e$ I1 E, h
. Z5 r6 j; M; N+ E1 Q/ Y
7 d, W0 W2 [8 |, [( S8 j6 Sfunction PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText)$ \# ~+ P f$ g% h1 R
% 此函数画出小矩形 ^" e6 S& S: N, i# j! K" h6 V
% 输入:
1 D' @9 i4 n/ A" G$ \8 b% mPoint1 输入点1,较小,横坐标
- c' S& c* T8 O# P! A) x9 |% mPoint2 输入点2,较大,横坐标; Z, e: k E: K8 w6 y% I
% mText 输入的文本,序号,纵坐标
" V9 X U1 \3 c! y& ?7 xvPoint = zeros(4,2) ;! O& R+ ]& e9 Q) Y4 n
vPoint(1, = [mPoint1,mText-1];
6 N# O7 }' |4 S* t( CvPoint(2, = [mPoint2,mText-1];2 U9 @" ^* e3 |% a9 M
vPoint(3, = [mPoint1,mText];
% ~; P, K" D/ O- {2 JvPoint(4, = [mPoint2,mText];
2 {. z0 b( r% j0 ?" C& g: Wplot([vPoint(1,1),vPoint(2,1)],[vPoint(1,2),vPoint(2,2)]);
; p+ O/ P& k9 S) A% ]2 t+ yhold on ;" ~5 L" G U5 c, u( J
plot([vPoint(1,1),vPoint(3,1)],[vPoint(1,2),vPoint(3,2)]);
) L+ U/ i- d0 O ]& w8 d9 Uplot([vPoint(2,1),vPoint(4,1)],[vPoint(2,2),vPoint(4,2)]);3 N% f! t* K+ w4 h8 m0 G6 u+ [
plot([vPoint(3,1),vPoint(4,1)],[vPoint(3,2),vPoint(4,2)]);9 l Q3 W( N3 y" c
+ B- g9 g4 Y0 D1 w6 m$ ^2 H, V- {9 j% G2 Z
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