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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
+ u9 s& }- x+ _) A8 ~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。
+ \8 h: U2 _" w& w0 Q! g' _function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p,Xp,LC1,LC2]=JSPGA(M,N,Pm,T,P)
) a& l' e: O5 |% h%--------------------------------------------------------------------------* |9 E' q" m, C# k6 Z
% JSPGA.m6 T1 |& e4 K5 _' x- {' m( ?) C
% 车间作业调度问题遗传算法
7 l Y4 b4 D5 k5 i! O' ~%-------------------------------------------------------------------------- q" Q3 ~0 i- Q W9 ~4 j
% 输入参数列表
* L( n4 t( l; w4 j% M 遗传进化迭代次数/ m8 R: F/ k! h2 F9 s' u5 X! w, Z, k
% N 种群规模(取偶数)
7 z. [: r8 i& t+ o/ {% Pm 变异概率8 w' l, v$ _+ [# V. ^+ ~# b
% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
1 G( I+ R) h# _/ j! 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
$ Y- K- u* p& u& ~* M5 ]/ F. q0 b) a% 输出参数列表5 F. o" o- u$ G1 ^; K
% Zp 最优的Makespan值& C! L2 ]$ N7 z4 v4 t
% 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% ?2 M2 P* V3 ^ U
% 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
3 R c# T4 A8 V6 X, `# [8 e% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
4 f+ e& U6 Z: C( O0 i% 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
$ E' |- ]! \' D8 U; W# Z' M% LC1 收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录( Y/ c5 }% p4 J, v( z$ z
% LC2 收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
4 D) A0 _( G% j$ ~- j, B% 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)
0 D- \+ ^( {6 f% ]
8 T- ^. }. w, X0 @" ]%第一步:变量初始化' a. R. \2 z7 g( `$ n
[m,n]=size(T);%m是总工件数,n是总工序数
% a* B" A7 b1 Q2 d8 _2 d1 @Xp=zeros(m,n);%最优决策变量% V ?( e/ K) L" q2 q+ G# ~
LC1=zeros(1,M);%收敛曲线1' w- Z/ O$ C0 c3 w
LC2=zeros(1,N);%收敛曲线2
' k0 D& p* y( u6 l2 c% z- q) u9 t8 A- J3 a+ B* G, ]/ E) [
%第二步:随机产生初始种群
4 `: P3 _8 x% w4 \( Hfarm=cell(1,N);%采用细胞结构存储种群4 e. o/ D3 \. y/ K9 ]; g- y' x5 c5 |% H
for k=1:N
9 d- y) n: F4 X {* } X=zeros(m,n);( d1 S S, B9 Q9 ?4 y1 a6 k
for j=1:n& [* y/ ^: g. i0 b b% B
for i=1:m
6 @8 @4 o0 O9 o+ R X(i,j)=1+(P(j)-eps)*rand;
, w- b+ M2 W5 g5 a end
, Q4 c8 r# e6 g& x9 W end
/ Y& v# }1 _7 ~ h) O' a6 h7 w( t6 F farm{k}=X;
/ P% Y5 [0 M- {8 N& o7 Cend
+ }, p* |0 g: U' o% T) V" M$ |
' e3 f6 x2 {! B/ m3 j' u; u8 ~counter=0;%设置迭代计数器" d+ l: b7 N* I' n5 M3 q( p7 ^1 q
while counter
: i' X+ u; H8 ^ S' S5 F& p' I8 z
( ^9 ?- _9 E7 g5 ]" r9 f6 _* S %第三步:交叉
, x5 Q' t" [* [( G1 N L5 ~ newfarm=cell(1,N);%交叉产生的新种群存在其中
& W6 U" @" D/ p2 ^' u5 i0 C# p Ser=randperm(N);* y# v1 R+ I/ Y& {3 @$ Z# C" W
for i=1:2 N-1)
3 v1 z% x$ Y) D# o A=farm{Ser(i)};%父代个体1 v- a- y, b2 h; U4 r" R
B=farm{Ser(i+1)};8 p+ W% ]+ q8 f9 J4 q
Manner=unidrnd(2);%随机选择交叉方式8 W. m" }1 j. }5 P( b' G
if Manner==11 {' z5 L5 c3 J! n
cp=unidrnd(m-1);%随机选择交叉点. \1 [9 e3 P2 m! w
%双亲双子单点交叉
0 u/ p1 c4 X" y0 W& p% V `" J7 [ a=[A(1:cp, ;B((cp+1):m, ];%子代个体4 B0 e& v3 i3 V& M
b=[B(1:cp, ;A((cp+1):m, ]; h# Z" X3 u2 Q4 O) R: g" a
else
) X# s9 {3 ]$ |, @ T% w cp=unidrnd(n-1);%随机选择交叉点
. P+ o4 i% S8 F! s7 x a=[A(:,1:cp),B(:,(cp+1):n)];%双亲双子单点交叉
$ Z) I' {* n3 \; q' G( h3 @# _ { b=[B(:,1:cp),A(:,(cp+1):n)];1 m. h7 v* j& z) W0 ~' n' u
end2 u! u7 }' U# u+ b# U. l, K
newfarm{i}=a;%交叉后的子代存入newfarm1 A) q) j) |! X: v/ ]
newfarm{i+1}=b; A; _" L1 K: P: L2 L, X+ r
end& k" N" j- {# J, M8 {* `1 [4 g5 v9 c
%新旧种群合并
/ l" R& c# N% X7 y& F3 S FARM=[farm,newfarm];
" t2 h9 x" q! F5 m6 S- n7 Z
- u$ Z9 N4 U! l/ ? %第四步:选择复制6 p- N$ C# o% i" l4 r! N
FITNESS=zeros(1,2*N);
a4 I, z6 m$ D) j/ E! D( T fitness=zeros(1,N);
3 c4 L: p! p1 S& a plotif=0;
! u- E+ {' Q& d) i, J+ x for i=1 2*N)
; ?8 Z" ~: g4 \1 D( _- ^+ R" ] X=FARM{i};
9 G8 ^" F. y% D2 j3 ?% G# n5 A Z=COST(X,T,P,plotif);%调用计算费用的子函数
* j* Y/ @4 A) V9 j FITNESS(i)=Z;
5 E, d/ x/ x* N end" V3 R1 w# I) O `! b0 ~
%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8 e% |; n; D7 b: p$ X: Z
Ser=randperm(2*N);
' e( J" I8 v9 U* d for i=1:N
" r5 k* F3 m- m( s& X3 ^* h3 \5 {& L f1=FITNESS(Ser(2*i-1));0 `0 b6 `# C2 Y- j
f2=FITNESS(Ser(2*i));% b$ a5 M: ]$ @* u
if f1<=f2
6 v; Y1 S+ l8 d farm{i}=FARM{Ser(2*i-1)};
4 q3 O4 v& X# L7 J' Z7 N- Y6 A fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1));
; K9 \/ Z6 ?( b" U else; N! J `7 q. @# G* ?. Q* [
farm{i}=FARM{Ser(2*i)};* g5 s3 d7 [" d" {9 m# Q
fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i));
* a( c# B+ s1 `# d. T" R end
" C$ m% ]2 s; z end
9 ?6 A8 j: p: D/ x5 f d %记录最佳个体和收敛曲线
k% H$ p; }9 e' s9 H minfitness=min(fitness), q. t6 i- O% I5 ?. z- T
meanfitness=mean(fitness)
" }) W+ g( e9 Z& T LC1(counter+1)=minfitness;%收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录
1 t2 B l F: }8 t/ H) m f LC2(counter+1)=meanfitness;%收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录3 L. O! X0 m5 i& O" X
pos=find(fitness==minfitness);
s2 w" l: Z- ~+ O6 Q M% H J Xp=farm{pos(1)};, b( s) | v3 \$ C% J. \" `
( C/ r& f' G( H1 N" j
%第五步:变异- i( R, y9 D& O T) N
for i=1:N" i/ z, d( ~5 C: H1 T7 _' l
if Pm>rand;%变异概率为Pm5 `" @( l* q+ e' s* w* P% s) B
X=farm{i};
- Y( ?5 @$ \( [2 F3 @* R I=unidrnd(m);; T" A9 G F& _ g% R) C$ k$ Q9 L: k
J=unidrnd(n);
7 x! w( k: A3 P8 y* Y% Z+ h1 r X(I,J)=1+(P(J)-eps)*rand;
4 Z0 U8 ?2 E9 x5 m farm{i}=X;- }7 Z! z- R" _5 O1 | n; U4 i
end
+ C+ X: l( T& p1 y" S end) }6 c: s: L4 V8 l, e# U
farm{pos(1)}=Xp;2 T7 D5 f: C& u3 K$ @; j }6 E
5 b( i# x' A( o' \) _ counter=counter+1
6 c7 C+ U6 {1 w9 y) [end
4 J8 i1 Q" z1 Z G
, o6 A; X$ K0 t- q%输出结果并绘图
$ Y8 O v9 I' f# ~3 P* t, r) ?figure(1);9 ^, D/ S1 @9 F5 R5 j3 z# I2 o
plotif=1;
5 ]7 J8 b ^! @/ b# NX=Xp;
7 z+ {7 B- r( P# ]( H8 y6 d[Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif);5 G" @( C, x% ]; b) [5 ]
figure(2);
8 o, E8 z: q5 m! ~% uplot(LC1);
# {1 `# L# R# x4 Tfigure(3);
1 U: k# k V. F( h6 T6 b( Zplot(LC2);
# g6 V. h3 g; O& [" |2 z: f. } j
, l) |# W5 c: Y* e0 n: ]
% }$ s$ ~# w7 w0 M
/ j! U$ d# i* k0 o* V$ v
& Q( G% b: j5 R) `3 Y Wfunction [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif)) \* O+ `. {0 ?+ @1 |
% JSPGA的内联子函数,用于求调度方案的Makespan值
/ `+ v5 k, z& f6 f$ e& h. s8 E( _% 输入参数列表
% ^# H, V2 t' l- S% X 调度方案的编码矩阵,是一个实数编码的m×n矩阵
" D3 u- X& k0 j: L# N% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
( X% [1 {' }; |( m E, ^% P 1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目
0 y2 w: |/ T: x# J# d% plotif 是否绘甘特图的控制参数
8 e" s0 K; x- I h% m- v% 输出参数列表, N. f, B$ v6 K
% Zp 最优的Makespan值
' {; t+ t- ^5 i% Y1p 最优方案中,各工件各工序的开始时刻6 a, s0 L Q# b7 g. k* R
% Y2p 最优方案中,各工件各工序的结束时刻
5 F; |& m' A8 S+ @" e6 L' p% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
+ a+ x/ y, k6 r
3 H* C R, [, c/ T' \! i%第一步:变量初始化
# v) n) {. B8 {9 ^5 H9 U Y[m,n]=size(X);
6 A+ }7 [# K% n |! RY1p=zeros(m,n);
9 y: b6 z8 [3 m: ]( O+ fY2p=zeros(m,n);
0 ]4 c! F& p) {, H0 {: X* s7 _Y3p=zeros(m,n);
0 p4 y- d& c \# Q6 l& q
5 b4 I4 |2 o$ ^6 f%第二步:计算第一道工序的安排
1 `- P4 J. }8 k8 _* t# sQ1=zeros(m,1);# w9 { N2 m9 p" n7 y/ C7 R: S
Q2=zeros(m,1);
- j- V$ j& y, B, qR=X(:,1);%取出第一道工序
. G8 I8 N+ i0 m0 B! HQ3=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
+ ^+ ?" N8 w) S8 f%下面计算各工件第一道工序的开始时刻和结束时刻; j( I* N! x. l. c
for i=1 (1)%取出机器编号! H0 o/ O4 D/ c9 X( \- _
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
$ e* x) p& w$ C& q- Z, t9 P1 o lenpos=length(pos);; i4 N+ |# ]/ r6 a0 v
if lenpos>=1# j M: [5 c8 u4 i" ]2 w' u: Q
Q1(pos(1))=0;
+ h" _' Z- @9 X Q2(pos(1))=T(pos(1),1);
& v$ p: u- Q- `5 ^" n9 L( T if lenpos>=24 ]4 F1 [: \3 p0 o4 F
for j=2:lenpos& o9 w3 F7 B ?. O2 T- s
Q1(pos(j))=Q2(pos(j-1));. j# ]. Y: W+ x0 V3 V1 U
Q2(pos(j))=Q2(pos(j-1))+T(pos(j),1);
! [8 @6 k1 |0 I/ Y end
`; h1 X; | u end0 f/ i, t1 k) f' h8 {) u
end
, J7 M* W* G$ q" ?3 r) Hend* |+ B8 X- P2 f% u/ ^- D; \
Y1p(:,1)=Q1;
" o/ }5 j- |, oY2p(:,1)=Q2;' Q2 g! l: n9 O. G+ t, y
Y3p(:,1)=Q3;; s1 `! V& S& p/ \! l& W
' T4 D1 `) L( x7 k%第三步:计算剩余工序的安排( V7 ~. y$ T4 i. ]& t* |' R
for k=2:n) u1 _% }( M4 M3 ~& N
R=X(:,k);%取出第k道工序
/ h- x- T- d$ r/ `' g* n$ g' ]1 x 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# @% V' V- H h7 t/ u3 ?/ q
%下面计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻" L3 }9 c- ~' D N7 C) A% k, S
for i=1 (k)%取出机器编号! k9 Z* R# Y- e9 K2 b
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
$ j2 f* _" b) S6 p# k* \ lenpos=length(pos);
$ n4 K. ~: R' T2 S2 i if lenpos>=1
~$ g R3 S% g5 t- ~2 S6 p- c POS=zeros(1,lenpos);%上一个工序完成时间由早到晚的排序
; X, j3 g4 s0 b for jj=1:lenpos
. b( X2 k0 r. X3 e MinEndTime=min(EndTime);% u$ e# M& V# V* L" o! B
ppp=find(EndTime==MinEndTime);
4 R% U6 |/ o8 \. y4 a( g POS(jj)=ppp(1);
# u, H. Q, J# d% u) f% s EndTime(ppp(1))=Inf;
0 k: U! V' l9 E. S+ K end + O6 @% w3 L* J: H
%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
5 d" Q2 O( U* o/ z/ Z7 d if lenpos>=21 u0 l4 B: D2 J8 _$ V9 t0 {
for j=2:lenpos
$ r5 @ h* }1 E* w+ Z 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+ d( Q* n& s! L- {. ~: \! b
if Q1(pos(POS(j)))( [ _( L- v$ o. |
Q1(pos(POS(j)))=Q2(pos(POS(j-1)));' j4 M' B2 y" L! s$ E8 u2 |( p
end1 j- G0 f! `! ^; k/ }8 \! C0 {1 r
end
5 z$ N2 V8 _! ^( \. I5 G* M$ P end4 n, I5 q8 P. i
end$ K+ j7 N+ \; R# X/ d0 H
end2 K) }0 P- \& w+ J' }# ?/ f
Y1p(:,k)=Q1;
1 u4 J4 p3 u8 ~ Y2p(:,k)=Q2;
% P7 j0 E. o, Z% j0 I% N Y3p(:,k)=Q3;/ n0 ^$ J- \4 s( g2 [
end
8 `4 n' E2 V; f! L" S$ _
9 X2 {! _9 A. R- B, q5 }% K%第四步:计算最优的Makespan值5 E( [8 t8 n/ S* r1 B4 z, c8 Y. K
Y2m=Y2p(:,n);
) p' ? F) z1 [2 |" dZp=max(Y2m);* o& T/ l: L0 ?( b* V
8 `( R; ]9 N$ _, P/ k! Y$ [2 `: D
%第五步:绘甘特图
# M! G4 ]+ T5 v9 `! ~if plotif& }/ D J: c Y2 g# a) P& m
for i=1:m! o! u. a% \& j- s; L( t
for j=1:n
3 j5 H5 {, j# R% n0 L mPoint1=Y1p(i,j);" J; j/ P4 m5 S3 N
mPoint2=Y2p(i,j);
* u0 ]/ \& d( P3 E- y6 r' i' U mText=m+1-i;) s$ z, N3 I+ x: |( u7 Q5 K
PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText);
( H! p1 W3 {: R6 s* o Word=num2str(Y3p(i,j));
* _7 g. L0 u% Z" k5 I %text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
4 y1 o6 p1 x- \6 ]% h4 h hold on" B" w) l' V( z( |! b) L) U
x1=mPoint1;y1=mText-1;
$ |- T: y. w& g# @% k2 m" q x2=mPoint2;y2=mText-1;8 {5 h9 X" u5 H+ d6 `6 t
x3=mPoint2;y3=mText;7 ~) {3 v# R/ ^$ J$ K4 C& c% O; A
x4=mPoint1;y4=mText;; K6 ^$ w: M8 q9 ?* F
%fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],'r');8 j' C8 ]5 M# W4 J" J9 _ w
fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,0.5,1]);
; l" p2 K7 o! H; v- G1 z; C" | text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
% a) n, a5 g q$ h: d end
; h$ V ~$ H2 k# o+ s! D4 C end1 U) V" T5 A o$ b; J/ x; N2 L
end
& h$ I/ R) T8 I( ]3 `" ]0 x( \; P8 H6 ]6 e% Q7 q$ G
9 j" q4 H, t' V$ dfunction PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText)
$ {( ^ C: \& r. ?* R% 此函数画出小矩形
a+ n) ~8 c! _- I) U& H# D% 输入:- O" b$ g2 l! _( W' `* W9 L
% mPoint1 输入点1,较小,横坐标# K' K, T$ F9 [5 k* D
% mPoint2 输入点2,较大,横坐标: k% Z6 ]/ H) Q0 [2 e6 i5 |
% mText 输入的文本,序号,纵坐标& r3 o2 r: B5 z( Y
vPoint = zeros(4,2) ;+ W. h" N* e. B" n6 h+ ]; W+ b$ w0 P
vPoint(1, = [mPoint1,mText-1];
+ m. t+ [; I" _3 c" ?+ [6 U" }vPoint(2, = [mPoint2,mText-1];
7 h+ ~* j" Y G/ jvPoint(3, = [mPoint1,mText];& X; o: ?) @" K, ] j6 m& K, f8 w
vPoint(4, = [mPoint2,mText];0 U/ a4 O% p) d3 m
plot([vPoint(1,1),vPoint(2,1)],[vPoint(1,2),vPoint(2,2)]);' d0 o/ m9 J6 n0 B. B4 k" l
hold on ;
. k' k# \2 d9 d% yplot([vPoint(1,1),vPoint(3,1)],[vPoint(1,2),vPoint(3,2)]);
; j; \, h- A/ m( h8 H& H) s: X Mplot([vPoint(2,1),vPoint(4,1)],[vPoint(2,2),vPoint(4,2)]);
6 c# r' L; U( O& ~2 hplot([vPoint(3,1),vPoint(4,1)],[vPoint(3,2),vPoint(4,2)]);
: \9 L. F: s( ]+ P% ?1 e0 o- Q& z8 n" @6 s
7 E* g5 [5 C/ L% ~3 Q3 K8 F. g9 \
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