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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 * Q# N P) X3 K9 o
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。 9 W: a1 z* ^: E; e5 i3 d
function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p,Xp,LC1,LC2]=JSPGA(M,N,Pm,T,P)# d; x6 @2 j J# y, |( r+ n1 X
%--------------------------------------------------------------------------, E$ }; B0 {) T( r4 W
% JSPGA.m! x, o, R& y. s, R
% 车间作业调度问题遗传算法4 |; J4 ^) R) y* o- v
%--------------------------------------------------------------------------
5 f8 `" [% e& k1 ?* p. ]5 \, g% 输入参数列表
8 e3 W- T. @7 {& V/ Q: f% M 遗传进化迭代次数6 e# A _. a. c3 o- O$ R5 h( z
% N 种群规模(取偶数)1 s. D: m5 { U; w+ P
% Pm 变异概率) L' Y0 U- _( ^( F4 K8 f l
% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
1 W* M. ~/ c# u6 J+ |8 [6 |* H% P 1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目8 F' m2 T6 G. _2 ?* h+ C
% 输出参数列表
4 S- s* \3 v: T% Zp 最优的Makespan值7 v% T: e" L8 ?+ r' f
% 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; |+ y& c4 r+ w; g
% 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
2 v/ D: m, V1 d( t% Z9 X% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号- Z2 [. ]0 e. @# R
% 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# ]5 F0 O' [. M
% LC1 收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录. Y3 H# G5 G) A* x5 L
% LC2 收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
, f2 k6 z2 G5 M. f/ {6 F, ^* C8 r- g1 |% 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)
. T W/ I- L$ m. O( q. z! G. f8 N7 _0 L6 I
%第一步:变量初始化
# c! ?4 V; x$ Z! T8 a, A5 H[m,n]=size(T);%m是总工件数,n是总工序数
4 O, O' F/ Q1 t1 M% S3 OXp=zeros(m,n);%最优决策变量, E, a) {5 V% W
LC1=zeros(1,M);%收敛曲线1
! l) K* u+ f$ P8 gLC2=zeros(1,N);%收敛曲线2 ]/ t: O1 i& K" g' E
% o7 C, l% X! p" w2 e3 g2 Z" S
%第二步:随机产生初始种群+ E6 g$ d. [9 x* B+ |
farm=cell(1,N);%采用细胞结构存储种群# h3 v1 L5 \6 A; V7 G% R4 K( X7 _" a5 c7 E
for k=1:N
1 X! T1 L2 }. p9 x, f7 i6 R% v+ Y1 f X=zeros(m,n);, N, H( J+ T. `8 O. c/ A
for j=1:n
o% }, ]- u/ g1 ~/ Y+ I6 F for i=1:m% j7 `1 q" D. ?3 x* k' a
X(i,j)=1+(P(j)-eps)*rand;/ ?; f7 ^; R& i; a# N# W
end8 {/ h" N7 L! Z7 M, R! i
end
@( g4 ?1 k+ z4 T$ X( S @- S farm{k}=X;
' B" n" @" R! g+ i7 \end* \. U% T. ?; z7 `3 _. W
% s7 ^4 V+ |9 h9 n& }2 d2 U
counter=0;%设置迭代计数器
1 ?4 p5 g p/ n6 `# D/ [! ]while counter
4 t$ w8 i, E |: Z ! S. A# |$ o: j. o
%第三步:交叉. J! c7 }3 l7 D5 u) d4 h, i
newfarm=cell(1,N);%交叉产生的新种群存在其中
0 K. y7 l$ }( x1 }5 L Ser=randperm(N);- o4 y+ T2 u [, A, N
for i=1:2 N-1)
1 f% v ?3 H# D7 J# J8 v a A=farm{Ser(i)};%父代个体
- K: { H* c, V9 J! D; h- i B=farm{Ser(i+1)};
, D" U% E+ Z# P! Z+ S7 x q Manner=unidrnd(2);%随机选择交叉方式
9 ^: i& m) W* k if Manner==1
y' c; }4 d# U c9 q/ l6 _ cp=unidrnd(m-1);%随机选择交叉点; z" {& b/ {! V R( Z% |! t9 _3 G
%双亲双子单点交叉
; V' S. i' a9 I, _0 T6 K a=[A(1:cp, ;B((cp+1):m, ];%子代个体# O- Z' r# v7 \+ [) V3 a
b=[B(1:cp, ;A((cp+1):m, ];
) r, {; F3 c1 L. o; o else# ^" M9 J% P# ^% D0 N: u/ E
cp=unidrnd(n-1);%随机选择交叉点/ A! E: t! D+ Q4 {2 r8 v
a=[A(:,1:cp),B(:,(cp+1):n)];%双亲双子单点交叉& s" G* E5 r# N
b=[B(:,1:cp),A(:,(cp+1):n)];
0 p( t- g0 t6 N+ {( k end! ~: b0 c, P/ x; D2 I" C
newfarm{i}=a;%交叉后的子代存入newfarm
e! r* A: _4 a( i. | newfarm{i+1}=b;, L/ \ B5 q6 p
end, U2 [% e1 ?! R' O" M& @
%新旧种群合并
7 q2 ~6 d) m& `! ~/ _1 j FARM=[farm,newfarm];
+ k1 f0 g! E% ]
6 h% u. e+ n' H9 x% B& E %第四步:选择复制3 n3 {( F% Y0 @; |5 @, w
FITNESS=zeros(1,2*N);
# j: r4 ? W( ^- {3 W6 |5 C fitness=zeros(1,N);" ^. o; y* ]( G8 z' |' ?7 U
plotif=0;
5 {6 q: L1 {& _( S/ l for i=1 2*N)
. d5 P0 \; O/ I, h# ]- w X=FARM{i};
9 D! W' K/ x. r' Y Z=COST(X,T,P,plotif);%调用计算费用的子函数- K! L2 e& N o6 K9 o8 Y
FITNESS(i)=Z;
* A/ J: _: B* F3 U x5 ? b end
1 F- I6 a8 T: Y %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
0 N( s E, T( Q: j2 W Ser=randperm(2*N);% ^+ e% r6 K" d9 K% G4 V C0 |
for i=1:N' @0 N9 g$ `7 h& d/ {
f1=FITNESS(Ser(2*i-1));
# ?! e0 V* | t6 N9 G. T& N" i, q f2=FITNESS(Ser(2*i));
9 y, ?- m% e% h5 A' o4 x* ^7 ~ if f1<=f2# ?( U- L' i1 {3 j, O, N, E9 @
farm{i}=FARM{Ser(2*i-1)};8 }$ r; |9 F, Q: {( u
fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1));) L n9 S* n4 D- K; g6 \7 ^
else) }' b8 }2 H3 T' K! t1 Z3 h
farm{i}=FARM{Ser(2*i)};
; Q6 P/ k3 b0 t% w: f fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i));# K, q3 `9 K& I* K! a
end
3 G' ^3 c& I5 A% x2 O; L end
& j' R" l4 i* h0 g, {4 `; ?1 x2 K %记录最佳个体和收敛曲线4 X! \2 e# g9 k% x* B7 ^2 s0 @0 I
minfitness=min(fitness)
: e3 J6 k1 \# a; W( H' q, a meanfitness=mean(fitness)
+ \2 r8 x! e' L( w LC1(counter+1)=minfitness;%收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录& y% x; j" {# n
LC2(counter+1)=meanfitness;%收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录* F8 `& V9 e0 \( n' [6 z
pos=find(fitness==minfitness);
6 P; g4 Q, n! O: r# f& i+ @ Xp=farm{pos(1)};
2 }! d# f2 N; {# p# |/ y- Y. U # S- r, t; k6 M9 E- I" J
%第五步:变异
5 G) |* t: t" R) W for i=1:N
9 Q+ K6 w6 K! _- C1 }( L6 @9 ` if Pm>rand;%变异概率为Pm
; \8 {0 L. ?/ Z6 k X=farm{i};
8 @( B/ p* g2 M' \% Q5 y' l I=unidrnd(m);2 _( ?5 W- o5 n8 \
J=unidrnd(n);$ O+ w: P# g8 {$ @, G
X(I,J)=1+(P(J)-eps)*rand;; ]. b3 _! J2 h6 d' S7 B6 \) K* M
farm{i}=X;2 i& V2 J$ D0 _* G' t, I& W
end2 h5 W; O+ h! }6 M
end
# [$ {, i% L( n2 g" ~" h farm{pos(1)}=Xp;
7 A" @# r) A4 a% a
/ o& y! Y/ \; J6 b8 { counter=counter+1! l; |9 X# q0 O0 b
end. X% \+ g; r" X: h: q) c* P
: f# q. t) D! j4 |
%输出结果并绘图
" C7 V' V# y( W1 Pfigure(1);: ]4 o0 G/ b8 ?7 P
plotif=1;
9 A0 d, h. V8 dX=Xp;
8 L5 z t i) [% d7 f8 t[Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif);
( G/ r+ ~9 j- C; ^ Z4 J7 Q* Yfigure(2);; B; ^% }: n! v% n! h
plot(LC1);7 A' h( V( L3 H" N8 b, J
figure(3);
: B; l5 N; O* i" P* S0 Cplot(LC2);
! n+ {8 R7 u) ~: m
2 ?( a4 h9 c5 T% h& u$ n% V ! S$ n, ]$ T z) T. F5 M' I
+ ]0 G( e+ n' T
. h" a2 q( T7 d* p
function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif)6 R P7 o% l0 U Q8 F
% JSPGA的内联子函数,用于求调度方案的Makespan值
5 t5 N6 p5 \. Y( @% 输入参数列表
1 B( ^8 W0 F3 o4 A% X 调度方案的编码矩阵,是一个实数编码的m×n矩阵
' e# e1 [& E/ r# R5 a6 D/ c: g8 y% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间' U, J* Q6 j# Z+ V
% P 1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目3 ?1 p; t4 L2 |# k. w
% plotif 是否绘甘特图的控制参数
! j N' R: ~8 N: d$ k% 输出参数列表, V$ J2 ?0 `: M
% Zp 最优的Makespan值
8 @+ [, K% b5 S( C+ U, Y, @% Y1p 最优方案中,各工件各工序的开始时刻( e8 m! g/ y/ k, J, Z1 r( r+ O4 Z
% Y2p 最优方案中,各工件各工序的结束时刻" \" t) n4 k4 I) Q) Z
% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
$ \% X" u* P; b( d9 }0 R2 Z: u
4 y) k( ^- k& c1 n1 R1 i%第一步:变量初始化% ^2 L E% ^: w# K T
[m,n]=size(X); g" ]7 i' t, }. t
Y1p=zeros(m,n);
6 ], Y2 s3 d+ _' vY2p=zeros(m,n);; |* ]2 Z+ X | ?5 i0 D
Y3p=zeros(m,n);
0 H' e4 f, r1 A' l( x+ D2 X% _& J) A; w/ r& Q g4 l
%第二步:计算第一道工序的安排
# h( _# F4 q- i6 G; q6 ZQ1=zeros(m,1);
6 K% I6 j* p$ ~: j4 M* ^- VQ2=zeros(m,1);" H# ]3 \; Y3 l5 @! U2 U+ Y7 i; B
R=X(:,1);%取出第一道工序" @& b9 w9 \2 U4 N# ?% l- [! D+ u" m1 i
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9 {6 Y$ H3 m* T
%下面计算各工件第一道工序的开始时刻和结束时刻
9 j: U2 A- ]8 }) e- Pfor i=1 (1)%取出机器编号: j8 F* D& q1 `. p. o
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0 R9 M8 D* ]+ q: b) w+ w5 J
lenpos=length(pos);& c7 h. Z) F5 \- R
if lenpos>=13 w7 |. K( t+ v) g* W
Q1(pos(1))=0;; h5 g1 @, K" t, a3 m3 o
Q2(pos(1))=T(pos(1),1);
( c; W3 f: Q- w+ ]6 k u if lenpos>=2
- C. j# I! `: x, O7 j A for j=2:lenpos
+ {& Y8 r$ w; L Q1(pos(j))=Q2(pos(j-1));' o" O2 @6 o: h! s
Q2(pos(j))=Q2(pos(j-1))+T(pos(j),1);
* V# x' ^2 g* C* r end
7 W) {- I$ j- L: Y" a3 q end
& T0 ]( g( n- P5 g: D" R end8 ?6 t! |* J. @- U; B$ a
end
6 N$ c$ y& t/ T# v+ [. {Y1p(:,1)=Q1;4 r+ z% m7 F6 |# S3 }
Y2p(:,1)=Q2;
- N: d$ @ C7 J( p) DY3p(:,1)=Q3;$ K( z# p1 r' t5 d- M
7 u) }, ^1 Q+ ~- ^* A' c3 H%第三步:计算剩余工序的安排
$ R* ^7 s7 f/ @. zfor k=2:n
/ q d/ K" h! }$ G& G R=X(:,k);%取出第k道工序- J X8 H" L3 {( Y7 {
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1 [/ \; v; n( E/ t( z
%下面计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻
) _8 F0 ?2 T5 h% H5 G for i=1 (k)%取出机器编号
% g- ^; j. ?: M0 S! L+ w1 m 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
( C) s& _2 e4 R: W, S) d lenpos=length(pos);
- L' X$ _' K$ \* j- L7 N if lenpos>=1
8 \* B: A& _: B POS=zeros(1,lenpos);%上一个工序完成时间由早到晚的排序
% M! q6 H3 S% Q) I6 A* s* W5 t$ y for jj=1:lenpos
; B, K# S" ]# \) F% L: j( N MinEndTime=min(EndTime);
- Y3 S, M+ w9 J7 d5 S/ q- V ppp=find(EndTime==MinEndTime);' }- G+ ~; s; @3 M7 l
POS(jj)=ppp(1);
6 x/ g3 Z8 {% }9 A; L3 I; D EndTime(ppp(1))=Inf;
" ]+ K3 F! p3 E X) C" B end ! F: e1 k5 F# J8 C r( J1 u6 a
%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
& a+ X! p7 h) \* H+ p if lenpos>=2
% p% `2 k! A3 u9 m for j=2:lenpos; L/ [ e. B) R0 i: h
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
0 Z5 C g6 |! B$ Z4 @! C if Q1(pos(POS(j)))& V; r2 p: ?% o/ ^# U3 Q0 ^
Q1(pos(POS(j)))=Q2(pos(POS(j-1)));. e' `& n8 w& x! d+ f8 v
end% P8 L8 ]9 u( O0 t& U0 k7 S) O
end
& l, J* d; p# `' t( a end: K9 \: z5 P$ w4 Z
end
* y- j w. O; p$ l% U end
1 C' r8 T7 p) f* W7 c1 g Y1p(:,k)=Q1;; G' O( W; U; R, ~; _
Y2p(:,k)=Q2;
* S! S& I7 o- h6 `; O Y3p(:,k)=Q3;7 g: m! F% K$ n7 `7 i
end0 G$ K- T, S5 J v( ~: e: j5 `! [
- S3 W$ F: A; _- \. ?%第四步:计算最优的Makespan值
/ l+ I' e+ @3 w/ w; e5 B( EY2m=Y2p(:,n);; o/ ^. E# W/ [! }2 N& F
Zp=max(Y2m);; @5 P- A: G% t2 j8 @+ }
+ M, M9 g# \2 `7 N%第五步:绘甘特图
$ l; z- J+ s) R$ B3 H$ W0 d" Gif plotif
, W d: j% [+ V8 l7 X- l6 X1 X* X for i=1:m6 e" W# I! J* Q1 r0 K" F- m+ y
for j=1:n
E; \- O. x1 W6 Q+ c! y mPoint1=Y1p(i,j);+ m- s& y& A/ C/ C+ s. X+ K
mPoint2=Y2p(i,j);
* G+ [1 W( B" c( n" L mText=m+1-i;5 v' Z7 o4 H7 i- q
PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText);
- }: n- ~$ { N. [5 x Word=num2str(Y3p(i,j));
; _% p7 Y3 R$ q+ Q %text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
; [' U7 u- E( z6 }4 i; ` hold on4 s' ^' V5 W6 r) Z
x1=mPoint1;y1=mText-1;
4 u# h# \ N9 N$ l4 Q x2=mPoint2;y2=mText-1;5 `" S' D- E7 Z0 h! o
x3=mPoint2;y3=mText;
2 h8 `& L( X; f& m) [ y0 H2 Q x4=mPoint1;y4=mText;3 `6 ^9 |9 o5 f$ \4 i4 l3 Q. E# ]5 L
%fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],'r');. U% l6 W# V' m; d& h+ Q& {
fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,0.5,1]);
; g' b' v0 D6 O* s# ~% X9 K- U text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);+ J, ?0 l2 E# b& g. M" V* ] t( R
end- d" |9 V( Y6 d$ @8 P: Q
end7 U$ `+ e2 z& c( a6 ?& F" }5 F
end
1 ^) O6 {( z" F) c0 U4 D) ~
T/ v. D4 C8 D
6 j5 l9 n: ~" r0 Xfunction PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText)# l. r4 P; ^7 y9 }
% 此函数画出小矩形
/ r9 o5 V9 ]# |% 输入:
; T$ f! a$ }' U! u& t3 E% mPoint1 输入点1,较小,横坐标
. G2 a, A5 N$ q) L* l! S% mPoint2 输入点2,较大,横坐标& j5 s1 ?% ? V& t" z2 {, D
% mText 输入的文本,序号,纵坐标3 ^; ]& r$ ]; U( c' j
vPoint = zeros(4,2) ;6 I' O, Y5 Q% O$ i) V+ ?
vPoint(1, = [mPoint1,mText-1];% x" r! j' L% [2 \8 s" u
vPoint(2, = [mPoint2,mText-1];/ g4 o9 p/ I, z
vPoint(3, = [mPoint1,mText];$ S {# b2 p) }/ @
vPoint(4, = [mPoint2,mText];
% A% |! V4 P9 P7 z9 xplot([vPoint(1,1),vPoint(2,1)],[vPoint(1,2),vPoint(2,2)]);4 K' t# n* a" P a& e
hold on ;
5 H1 z" G n' @# }0 ?5 w, r- K; pplot([vPoint(1,1),vPoint(3,1)],[vPoint(1,2),vPoint(3,2)]);
5 S5 h7 e/ }# r& P. gplot([vPoint(2,1),vPoint(4,1)],[vPoint(2,2),vPoint(4,2)]);% c% L' {- S! v% s5 I- ~6 k
plot([vPoint(3,1),vPoint(4,1)],[vPoint(3,2),vPoint(4,2)]);, z6 D6 C1 ]8 _" k* ^7 I2 L, @. v+ ?
* ]& w+ F7 @8 P
: j* Q9 o. w$ C+ c. o
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