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[求助]车间调度的遗传算法

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群组建模联盟

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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    2 b; ^& u6 c1 D3 y+ _0 Z6 e
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。
% a: {. m) X+ H* q% [- _7 Kfunction [Zp,Y1p,Y2p,Y3p,Xp,LC1,LC2]=JSPGA(M,N,Pm,T,P)6 n; t6 _- |" `; J8 K  e- }
%--------------------------------------------------------------------------8 g3 u  z3 g1 F; F. @* u7 k
%  JSPGA.m
+ i; ~% N/ b. b%  车间作业调度问题遗传算法) \0 X& m6 k- X& D7 ^% _; x
%--------------------------------------------------------------------------0 ~, S; \/ H/ c$ R" `9 P
%  输入参数列表
: U; Z+ E( J* `0 s5 K- d%  M       遗传进化迭代次数
$ a: `) \( t1 M  Q7 F/ r%  N       种群规模(取偶数)
0 d$ A1 a5 }- c%  Pm      变异概率
0 Y8 h9 x9 {( i/ n8 t# \% p%  T       m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
% Q* a9 J9 }. V  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
# d+ n. V5 f4 O8 r5 H8 }%  输出参数列表
5 j/ Y: z+ z  z* u% x1 x9 ^%  Zp      最优的Makespan值
* z2 M4 U  P* P; D%  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
4 i6 Q- Q# z) @; w%  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 p) u: E6 L: O: T9 q4 k%  Y3p     最优方案中,各工件各工序使用的机器编号# A- ~' N5 i* `& S* O+ z
%  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/ o/ e" }4 g: I* b# C( k8 h
%  LC1     收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录: b% ^/ Z, S& x5 q' b. Q
%  LC2     收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录4 A* X; t* g  S7 ~* a' N3 C6 g
%  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)8 z3 W1 n; e* Z% a

& V! l& H/ W( f: D* U4 C%第一步:变量初始化
5 _- \& E$ P/ X7 H) |/ V[m,n]=size(T);%m是总工件数,n是总工序数
9 W& ?# k$ K4 O- L; `& {; DXp=zeros(m,n);%最优决策变量$ L1 ~/ }; A  S; c  f
LC1=zeros(1,M);%收敛曲线1
/ ^6 R- a3 O$ Z* ^  G( C" y! JLC2=zeros(1,N);%收敛曲线2
) E1 j! f0 M. s; e) }
, t9 Q" a3 F5 i7 E, L& C6 h%第二步:随机产生初始种群
3 F$ d9 Q2 B7 D9 G7 t5 _% ]+ gfarm=cell(1,N);%采用细胞结构存储种群: R2 }3 c; w* L1 @& i
for k=1:N- Q3 Y! G1 e( V; K5 \0 D9 q
    X=zeros(m,n);
! c. }5 T% E+ x9 w3 w  S( K) J( T7 z$ n    for j=1:n
! f* o) Y/ F: k: G+ V2 o        for i=1:m
7 ?. N  K" e% `6 [7 P            X(i,j)=1+(P(j)-eps)*rand;
2 j* `( d( S! v0 N5 Y        end( n) a* i4 W$ y3 n- r8 V1 U* `
    end  {' E. i* d* b3 I/ x: E: s5 M- T
    farm{k}=X;& q& V. t5 r5 ~3 N" K% @% f- s% T3 U
end
: a4 _3 g+ s9 o- j: \. {' s! P0 ?
7 u5 N0 ]8 S* f' v! i. B) ucounter=0;%设置迭代计数器' u5 l- q: y  q! \& e
while counter
% _- K- R7 r8 d( @! ~, E; k& w   
8 y/ @$ _! r$ y  G    %第三步:交叉
1 `* v/ r. u* \* W- C    newfarm=cell(1,N);%交叉产生的新种群存在其中
' K: A/ x* Q: |7 ?, O% i5 j    Ser=randperm(N);2 Y' C  m& C1 p! P; Z8 l
    for i=1:2N-1)
2 n* O' g, y; l        A=farm{Ser(i)};%父代个体6 V  t- s$ r% g) {5 s
        B=farm{Ser(i+1)};% q) n" [2 p1 u, V3 X
        Manner=unidrnd(2);%随机选择交叉方式1 ^; u' M3 S- p4 [( m- a* g
        if Manner==1
7 h$ G, U) {/ |            cp=unidrnd(m-1);%随机选择交叉点" u3 @5 Y) B+ V& c
            %双亲双子单点交叉
7 r; x7 w8 {* D) Q            a=[A(1:cp,;B((cp+1):m,];%子代个体
; F/ Q. n: J+ z8 ]/ A- E1 S  t            b=[B(1:cp,;A((cp+1):m,];
$ h: ?/ G  C3 I- ?+ j1 C0 P- v        else
$ z3 `" W& {" ~# v            cp=unidrnd(n-1);%随机选择交叉点8 h7 H) v# k, F# \% t/ u
            a=[A(:,1:cp),B(:,(cp+1):n)];%双亲双子单点交叉, c* E7 f) ^0 ]  m  A
            b=[B(:,1:cp),A(:,(cp+1):n)];, q5 p" R8 |  w& b
        end
' E1 O/ s3 o* e7 X: l# ^+ _        newfarm{i}=a;%交叉后的子代存入newfarm
: K6 I' Z! L* W$ r6 H4 J        newfarm{i+1}=b;
) W1 E  a- E" K* f: J    end3 i* s- P2 ~5 b- W
    %新旧种群合并4 J3 ?6 a. }9 s
    FARM=[farm,newfarm];# K. ]0 }1 C0 @4 C  H. G3 r  o- v1 c
   6 R! B0 c" W- I( L
    %第四步:选择复制
% y% D% R( N% k/ u# r2 a    FITNESS=zeros(1,2*N);; \* b% I. G& y6 d. m3 ~
    fitness=zeros(1,N);
+ T! T  @# V) m1 J- e1 o    plotif=0;4 J; O4 i  M' u- C& o3 G0 E
    for i=12*N)
- k3 N/ W8 O3 z        X=FARM{i};
! X1 W* s2 `7 g        Z=COST(X,T,P,plotif);%调用计算费用的子函数
0 z  J  `) x- P        FITNESS(i)=Z;
8 a) ^+ m2 O' D  I# p    end
4 K' V2 g% K; c/ v7 m9 R, K    %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
5 p( `; M, d2 g  v0 M    Ser=randperm(2*N);/ d3 m  R# O1 z! x# L
    for i=1:N
. }4 d. y) X6 U# D        f1=FITNESS(Ser(2*i-1));( b3 Y2 b- N- Q) a2 C; x7 Q+ l
        f2=FITNESS(Ser(2*i));. v  X/ r* M, A, H) O' b$ N
        if f1<=f2, x& I! q" s: w, E5 N: H- A
            farm{i}=FARM{Ser(2*i-1)};9 _  `) T# ?  E* h
            fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1));
3 K2 |& c: ]3 P  J        else, d( W! G( C: m$ I( _
            farm{i}=FARM{Ser(2*i)};
. I, E+ A: N- O( a) W            fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i));2 @* i6 D; Q; D9 C8 Y- X3 S; Q
        end
" t0 i/ P$ R: J% m9 m6 {) ~    end
) \# k5 h/ V' Y' `    %记录最佳个体和收敛曲线: n6 s. D; k3 p) a
    minfitness=min(fitness)
/ C: f1 ~& q( q  W5 {2 D. O    meanfitness=mean(fitness)$ U+ w, F) ^3 B7 D/ j0 Q
    LC1(counter+1)=minfitness;%收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录# g' ^% A: F/ x' Y3 b
    LC2(counter+1)=meanfitness;%收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
; }, |& ?/ @" @2 _. d5 B    pos=find(fitness==minfitness);
' B6 L% }6 T2 g    Xp=farm{pos(1)};
& H5 o  v+ H/ o9 \4 [' T   7 ]5 ~" z1 R7 r! a' _' b% n
    %第五步:变异
4 B8 ]! s6 z% G' g    for i=1:N4 c' E; F, R# Q9 X9 }' ?: H
        if Pm>rand;%变异概率为Pm9 m2 C$ U2 \% c/ K2 Z
            X=farm{i};
" w( v5 }6 K9 H! U6 g) L            I=unidrnd(m);1 W% `* |' z; ~, D1 w
            J=unidrnd(n);0 h: z* L, O  ^* B
            X(I,J)=1+(P(J)-eps)*rand;) ~4 d5 r  g" M
            farm{i}=X;
' u- q% I7 [7 Z8 g        end+ V  r* D/ d+ i# S& g+ s
    end0 c+ h5 @! s& P6 o
    farm{pos(1)}=Xp;: X9 R4 i4 C* z; r' h" g9 |% W: ?; Y9 w
   
. E( m2 V$ F7 M( U! w) Y    counter=counter+1
4 {3 ]5 ?2 G0 M2 d% fend* E4 p0 D. P% j" M

: z. R# @) d6 U+ H+ l%输出结果并绘图
9 X* c6 f: }/ _+ zfigure(1);3 L; Q" G2 D0 }& q0 `' b
plotif=1;* O3 R( K' O( a) r  f6 b
X=Xp;
, T8 i* F* R7 e[Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif);  E/ `4 Y% k9 D
figure(2);
+ b  V2 c- ^) i; x0 splot(LC1);& c& u# g2 ^" B" _& g, i' t5 [' C2 z7 H
figure(3);6 E1 V0 b4 G+ Q; t) b
plot(LC2);
/ K* S' b8 X6 J8 m5 M" ]7 S5 s+ v+ D: J1 p1 {# z+ L. g( d% f2 Y
) R" ~" }# ]( y% d8 w

( E0 p4 d" Z, v1 G5 x- S" b, B5 a2 W1 s* I
function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif)
2 `/ N8 y# u, _- M, `+ M& ~7 b%  JSPGA的内联子函数,用于求调度方案的Makespan值* J# V. z& z3 t% A5 y+ B# c
%  输入参数列表  `  K5 Q& e0 r# e1 S" ]! u8 S
%  X       调度方案的编码矩阵,是一个实数编码的m×n矩阵
( X$ Y" J/ X* |. _, t* e9 ?%  T       m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
( E% p* a+ z) C8 ?; n1 d# 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" U% e$ C  s" a  R* g% ], I2 G
%  plotif  是否绘甘特图的控制参数  h( E  z5 Z& [' f: X5 ^
%  输出参数列表
; N0 \3 @9 I3 P4 c%  Zp      最优的Makespan值6 D; U, N4 W; o! ?! ]
%  Y1p     最优方案中,各工件各工序的开始时刻7 d1 x. d% _( P* D) ~" B
%  Y2p     最优方案中,各工件各工序的结束时刻
, {4 O& q& k9 y. l" ?%  Y3p     最优方案中,各工件各工序使用的机器编号& R6 e$ n. m' ^7 K3 W

, Q) q! N( L0 S' E0 h0 H& d%第一步:变量初始化6 [) N* Y, @) y
[m,n]=size(X);2 \. T8 e6 R  Q6 E$ A% c
Y1p=zeros(m,n);
4 v5 b; O2 ]! h! HY2p=zeros(m,n);/ p2 ?/ P& O% x# f4 i# t9 ~* M
Y3p=zeros(m,n);- u; h+ W: W9 b7 B4 {4 ?: Y
% e7 r! }; y) v$ A. W9 ~
%第二步:计算第一道工序的安排
2 L% q, ?5 ]5 ?" fQ1=zeros(m,1);7 \% E( L& N$ D' Z/ ?0 `. g
Q2=zeros(m,1);8 b2 d* N" T, J
R=X(:,1);%取出第一道工序
3 u5 J; I9 q$ B8 p/ G1 I, 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
% ~( Z+ K) l7 E9 F6 x7 Y/ z6 y7 z%下面计算各工件第一道工序的开始时刻和结束时刻
) a7 y, h* Y# z: M9 Ifor i=1(1)%取出机器编号) {6 P* k8 i$ t: s# M; |( S6 Y
    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" J% q4 A7 j# d: S# _% n, g
    lenpos=length(pos);. Q* |4 r  t4 |9 u# D
    if lenpos>=1
- C8 Q7 U5 l8 o+ z$ ~        Q1(pos(1))=0;
1 I8 O# A+ h( J+ g9 s        Q2(pos(1))=T(pos(1),1);! I, B# Y" ~; d' u* b
        if lenpos>=2* N5 M0 ]5 D* D$ H
            for j=2:lenpos
# R8 E" h- M  z. t: Q' ^9 i                Q1(pos(j))=Q2(pos(j-1));
" n9 J: h: ]; _                Q2(pos(j))=Q2(pos(j-1))+T(pos(j),1);
# X; G/ o) Y+ ~            end
7 ^. u  q8 K0 a. y! V: o: }0 j        end5 Y3 G# k5 n; b+ A& ?, J
    end$ D2 P  b* C5 r7 w
end
6 n% U  Z! R7 I* H0 S5 g" \$ \4 JY1p(:,1)=Q1;) [+ J5 f+ M$ }* R
Y2p(:,1)=Q2;- N" P3 _/ w( {* F! g
Y3p(:,1)=Q3;: v* ~2 {6 ]' }: G9 c, L( Q& G2 B
0 V/ Q9 b$ B, T) \. T/ D; B
%第三步:计算剩余工序的安排
8 z( v* M' t0 pfor k=2:n8 w+ I8 T# e7 `" [) E8 ^' w. u! \$ P) q
    R=X(:,k);%取出第k道工序
* E6 a1 ]2 {0 P7 b    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
! ?4 Q% \* E  d7 Q    %下面计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻' Q: M. Y- a# w! F
    for i=1(k)%取出机器编号
+ W& v' r. l: B: d% Y        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9 O4 p: w) @* r1 F* v
        lenpos=length(pos);
3 G+ \- t. \, @( ~- L        if lenpos>=1
8 J) i8 K% x5 s. x- A            POS=zeros(1,lenpos);%上一个工序完成时间由早到晚的排序6 _3 f3 a9 y$ u- p% t6 ?, `
            for jj=1:lenpos
3 V, O# U/ J" w5 B5 F                MinEndTime=min(EndTime);
0 s6 `5 u8 p. a( c& w" I                ppp=find(EndTime==MinEndTime);7 L3 q4 @; U# f# b* S2 k% _
                POS(jj)=ppp(1);
- U0 A- [9 ~. \% S                EndTime(ppp(1))=Inf;
% r" M' K) X$ r/ n. Y, L0 i1 R+ S( J            end           ) h' t3 F* X, k$ f& ?
            %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" y2 `( B1 E, y8 n- b
                        if lenpos>=2. B" d; P  x5 S0 B: \/ X7 n
                for j=2:lenpos1 c5 l2 R3 W/ A& k
                    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
4 v  p, Y% K( @( c2 k& d/ B                    if Q1(pos(POS(j))); y( V1 e2 l& f/ d0 |
                        Q1(pos(POS(j)))=Q2(pos(POS(j-1)));
, x+ x& D: e( v' n. w                    end
6 y; V4 ?* O2 D+ J8 B& }7 C. U                end
$ }' ^3 N1 @2 D+ L5 z            end
! J7 h% G+ V# z# R: S        end
/ w2 C8 Q7 z9 c, m0 [6 R% Q    end* S. d/ T% H3 w3 P& L
    Y1p(:,k)=Q1;% h: g% a  z) x& y# |% k7 G
    Y2p(:,k)=Q2;
: D( Q& s8 T, r# _; J    Y3p(:,k)=Q3;
/ T$ w5 x* M1 B1 c' `! yend
9 o/ E# a, ]* i: {% ~) R; {# E- B1 ^( _! d) G
%第四步:计算最优的Makespan值% z* h& t) ~0 o) H1 K
Y2m=Y2p(:,n);: G/ d1 n- {  D" n2 o1 M# B
Zp=max(Y2m);: F4 t# c/ ]5 a3 f
6 Z3 T3 x- m) O4 R( ^
%第五步:绘甘特图8 r# |) A1 e" c
if plotif+ q" Z2 Q' P* n4 J1 j- P
    for i=1:m1 e3 W6 a3 Q  @% m( m
        for j=1:n1 D. ~+ D3 ?/ a& g1 ^& m: [
            mPoint1=Y1p(i,j);
9 V0 [1 {# M0 y/ W/ Q6 I' R# h1 u            mPoint2=Y2p(i,j);$ Q+ K3 a  C+ |) q9 L
            mText=m+1-i;
5 C+ R2 r6 L0 _  N% T. Y7 I$ s6 S            PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText);
% N$ y: v& p; G4 _            Word=num2str(Y3p(i,j));% M7 [7 a# q+ F- I% v7 @
            %text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
/ f; |  P4 t) W* x- c            hold on3 V2 t+ t2 Y; K- T) @+ J
            x1=mPoint1;y1=mText-1;- C5 f4 X5 o) ^/ t2 t
            x2=mPoint2;y2=mText-1;  Q! r+ b! p7 Y4 U
            x3=mPoint2;y3=mText;3 d( A) \6 ]/ Q, c' a( I) g
            x4=mPoint1;y4=mText;2 ?+ {3 Y4 p& c7 I: o' r
            %fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],'r');
+ s5 V* a$ d' z            fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,0.5,1]);
2 o( G. Q  c7 \+ |9 q5 W+ |: b            text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
5 C( w5 o* F- S* M- @4 v        end
" l+ m9 a7 e0 `2 M( ], r$ U  P    end
- W4 @+ o! p( N3 `end
  h8 \1 x6 ^! W9 o- k- G' b4 \( j' {1 J* d. ?8 O& j1 U6 @' c2 u

; O; i- s' E: ^! E  Ffunction PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText)
4 o  K$ \* T7 I; F( R/ k1 i) a8 O%  此函数画出小矩形3 B3 P0 B8 z4 |
%  输入:# J* {" M% J( ^2 C9 a# R
%  mPoint1    输入点1,较小,横坐标3 M$ y6 y; ]) H- y$ E( X8 ^; N
%  mPoint2    输入点2,较大,横坐标) ~# y* Q) X" W
%  mText      输入的文本,序号,纵坐标
$ E5 `. o4 j6 E& LvPoint = zeros(4,2) ;5 _  r4 w6 o& p4 `
vPoint(1, = [mPoint1,mText-1];/ r2 ~; T7 o& D7 I8 F# }% g
vPoint(2, = [mPoint2,mText-1];( I" n0 y' f+ l
vPoint(3, = [mPoint1,mText];3 B8 W  a$ h1 s
vPoint(4, = [mPoint2,mText];5 q# e' c6 n) b  _# y
plot([vPoint(1,1),vPoint(2,1)],[vPoint(1,2),vPoint(2,2)]);5 f0 v7 D; G( W9 x' ~% c$ C6 `% T/ c# z
hold on ;
- \9 M& l8 O* M; h" F& Oplot([vPoint(1,1),vPoint(3,1)],[vPoint(1,2),vPoint(3,2)]);  M8 A' k) Y4 N3 y2 N
plot([vPoint(2,1),vPoint(4,1)],[vPoint(2,2),vPoint(4,2)]);" P$ Z. b" }, T7 w& A0 S& B
plot([vPoint(3,1),vPoint(4,1)],[vPoint(3,2),vPoint(4,2)]);
: r0 q( ]" {8 ]8 R  Z
! X3 ?0 B5 V1 S* `5 y+ ~+ ^/ `4 E( E: M# S/ F- \0 {: [
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    2012-1-30 23:29
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