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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 7 m% R; k# a' b7 n1 t6 O0 M
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。 * Y; q, _4 {1 U: ^" L, h. i$ T8 X
function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p,Xp,LC1,LC2]=JSPGA(M,N,Pm,T,P)
8 G' j5 p0 c1 ~0 G9 O& `%--------------------------------------------------------------------------8 P( S3 T0 ]9 p8 J/ b
% JSPGA.m
3 I- g$ _6 ]* A( A% 车间作业调度问题遗传算法! ~: s( X c5 W& R( ?
%--------------------------------------------------------------------------
/ z# k! e) D1 V% 输入参数列表' @; s, [' @" r4 }( N: B' @ t
% M 遗传进化迭代次数
: [' L4 h6 d- d0 ~0 U) O5 b% N 种群规模(取偶数)9 U- `5 ^4 i* M: i: _
% Pm 变异概率
( Z9 J5 d' o' G& n/ a1 y1 C6 N% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间) j2 e4 g% w0 D; D0 u, m: 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
$ ~4 L" C& Z# R6 U: `8 Y7 u% 输出参数列表
0 m8 [5 |+ Q6 R; z P1 ~& z" |% Zp 最优的Makespan值
R% h+ f+ K# C' i$ M% 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5 R$ I* h4 |$ e- A d1 \# S
% 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
1 j: V: f& c4 F% ?/ a- a3 \% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
* E* x5 X; A! a% 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
& o7 r- b! o+ x+ v0 ~% LC1 收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录
- j& H0 k- V1 Y3 {3 s L$ q% LC2 收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
0 i' p5 {- k! T' M' \% 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)" q3 |: j1 n2 A# K! U
' j; }0 l, B; }2 n* |%第一步:变量初始化
" q( {& ^2 H( n9 B& ]& v[m,n]=size(T);%m是总工件数,n是总工序数! {8 }" d9 I5 D* K* c
Xp=zeros(m,n);%最优决策变量
+ v6 ]7 z$ @/ h w% m0 ?4 h' p$ SLC1=zeros(1,M);%收敛曲线19 A/ c3 |) f2 b c9 A* ]+ r
LC2=zeros(1,N);%收敛曲线2; @! _( ^" D: m7 h- k2 a
) _' V1 b2 u! R5 w8 K- f%第二步:随机产生初始种群" E |/ a5 B# R, M2 W3 e2 n
farm=cell(1,N);%采用细胞结构存储种群
5 d0 @, b$ V5 n5 b* F* I/ [5 yfor k=1:N
[7 A1 u4 Y7 z0 B* C; C X=zeros(m,n);4 m" C. J4 z6 L$ e5 X! j- G1 p
for j=1:n
- |# C' q/ t2 D4 J( V1 Q' G for i=1:m4 H/ g: u/ l/ ?% U, _
X(i,j)=1+(P(j)-eps)*rand;1 M% x" N+ C* b" U: v) M# C6 c
end$ [8 \- o* s. C, V) V
end
9 a8 L0 C; }/ J% y0 E7 W& h2 I2 ` farm{k}=X;2 F0 r1 L8 N4 Z) a) q& G
end
1 E1 r. m) R" Q+ a. s0 c; R5 t8 Y- C' k; r) v2 l' r
counter=0;%设置迭代计数器
0 H9 \ h2 g0 K0 X8 Bwhile counter
c+ c2 }( Z1 o$ h! p* q5 ^
" K/ {, B! A# Q, ^8 P# F A2 N %第三步:交叉" s7 i, N. s: [- p
newfarm=cell(1,N);%交叉产生的新种群存在其中! K+ a; I, K8 M" s# T" W
Ser=randperm(N);
6 o3 ]8 D/ Q. |! \% g9 } V for i=1:2N-1)
6 A6 G% ?) V! F* H( ` A=farm{Ser(i)};%父代个体
9 |! T' K) {& @ B=farm{Ser(i+1)};; k. c% H0 Z6 B; L- c" h
Manner=unidrnd(2);%随机选择交叉方式$ L* M, v( r4 F6 ~2 b' ?: ?
if Manner==1
5 d, T/ R, u3 _% I. X; U1 p cp=unidrnd(m-1);%随机选择交叉点) ~7 n) n1 p2 z$ B5 z8 U8 S6 s" o+ i( X
%双亲双子单点交叉$ X6 R `8 G1 s- z9 V+ }" Y
a=[A(1:cp,;B((cp+1):m,];%子代个体4 X! \! S! l9 ~" a
b=[B(1:cp,;A((cp+1):m,];7 R- P& A: i* r2 K# A# _8 J; h/ o b1 _
else7 N' r# a# w, [ Z" O
cp=unidrnd(n-1);%随机选择交叉点! K# d# b* T) P$ j' T7 R
a=[A(:,1:cp),B(:,(cp+1):n)];%双亲双子单点交叉6 C! r% \( h% u+ M$ O# g/ x7 f
b=[B(:,1:cp),A(:,(cp+1):n)];
8 \/ Y t9 U H. e& x end! S" v J$ [% x* P# r
newfarm{i}=a;%交叉后的子代存入newfarm
8 I# y( W/ p! m1 V/ u newfarm{i+1}=b;
2 o$ E2 z5 d, v8 G: @4 t" \ U end
; c$ w8 E: Z# R+ N- Y9 d# g) I: l %新旧种群合并
% b! ]- Q. m8 d FARM=[farm,newfarm];0 ~' T# V( D3 d3 [
; m# U9 `' S$ _0 @( [, L, X
%第四步:选择复制8 ]. q, Y1 L! m% L5 J
FITNESS=zeros(1,2*N);) @& y5 c% |1 @" o! S
fitness=zeros(1,N);
; b4 x" J4 Q. Y s plotif=0;
! H; {. p1 t; l6 e" n; T" t8 `2 G for i=12*N)5 @: _& R4 _1 x1 h/ _& i
X=FARM{i};
! k6 f- d2 j' k6 q8 X Z=COST(X,T,P,plotif);%调用计算费用的子函数2 r* @5 R+ i3 y _
FITNESS(i)=Z;- h- z! [9 N6 d4 O7 b) J
end, y) R! c) K) X
%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
1 ^' k0 u8 K# B" o, ^ F Ser=randperm(2*N);" L7 N) e w$ T8 W7 X/ P* ~7 k
for i=1:N
( {5 x; N; Z' e f1=FITNESS(Ser(2*i-1));3 X) I7 `- T% K* n g
f2=FITNESS(Ser(2*i));4 d) l, j y3 g% b* S7 D9 g% w
if f1<=f2
# ?* Q7 G( b" `$ a$ }$ _, o; Z farm{i}=FARM{Ser(2*i-1)};
! m- m7 Q% W* @ a) ~% _ fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1));' s+ E# |3 w( |( G' x
else
9 n/ b% N$ |4 o" q1 y- q7 Y farm{i}=FARM{Ser(2*i)};+ Y( o; n( U' S8 s/ C$ D- K5 A4 H
fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i));
6 L8 x, q. `. X; h4 |' T end
# O# C" Q' A$ o: h# _' g end
3 l0 D) ~3 ^; J5 H% e %记录最佳个体和收敛曲线$ {' [7 b3 F' K
minfitness=min(fitness)
( p0 K T: U W5 h% l8 l# F( N meanfitness=mean(fitness)
0 X* b0 x5 t, I9 C( R3 ] LC1(counter+1)=minfitness;%收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录# N: ^1 q/ y" a* m' [
LC2(counter+1)=meanfitness;%收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
& l" p( K {; y1 l pos=find(fitness==minfitness);
2 _. Z: z3 H$ i2 M Xp=farm{pos(1)};+ O* s- v- |2 p0 Y2 f
$ E; _ ?8 m" r& V %第五步:变异0 p+ {4 `9 h) G# X
for i=1:N
) m ]! z& k. P/ @ if Pm>rand;%变异概率为Pm( K1 z0 \! O& z# R8 s! q8 G
X=farm{i};* S; n) @1 M1 ]5 t( E5 \; s) b
I=unidrnd(m);2 @* n" C% x- J- g" ?: h3 O
J=unidrnd(n);
% h6 h& p4 l! x; M- m5 Z! ] X(I,J)=1+(P(J)-eps)*rand;
" c2 ? y$ z* T3 P farm{i}=X;
; e p' n6 W1 @; @9 C6 S" S end' A o( j" A$ E6 t# _! w- ]
end/ R5 ]. |+ r5 c4 U" X1 j
farm{pos(1)}=Xp;
4 l, Q6 \1 L2 @( [' L& U5 v : c5 K2 ]3 h4 X/ J
counter=counter+1
5 |/ e9 k) {" W- h/ P. `. r5 l8 U3 `8 y3 ]end
# S7 E5 b) b4 V! @+ ~4 J- }. k$ z- c. v6 C3 a- g* r0 R( F7 M" c
%输出结果并绘图
! \# @* V. X/ m& Hfigure(1);
8 \0 v- W/ }" A" r/ V# V' t3 r7 yplotif=1;
D7 Y9 A, Q, m: NX=Xp;
1 s2 C$ ~+ W7 z[Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif);; Y: M3 z% f, m! p* |
figure(2);8 T! n. P& q2 c6 t
plot(LC1);
3 ]9 ~6 O8 b/ g5 _figure(3);
2 ~- T3 S7 I o! _9 b2 Bplot(LC2);
1 a9 p4 b% j& n! Q$ i6 M/ m5 f1 x# u6 `6 D& W1 W$ N
% w. j- I4 @. r9 j- |
1 ~+ n8 u; d) X* i3 F% K2 L8 }
& M! m2 T/ V9 `2 s/ Qfunction [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif)' J+ S0 e6 A5 }9 q& w
% JSPGA的内联子函数,用于求调度方案的Makespan值
5 Q% b) Q% n( {8 X% [) D% 输入参数列表
0 Z6 p& w- G% F2 c p, w4 N% X 调度方案的编码矩阵,是一个实数编码的m×n矩阵
0 k! q- g3 V1 ?( G X7 M% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
7 K/ B. X0 u. P ?$ [8 S* 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0 _5 X. I/ n& y6 @
% plotif 是否绘甘特图的控制参数
# v& r- _2 R' a p) v% 输出参数列表9 Y& D- c0 l3 [9 M
% Zp 最优的Makespan值( o/ @* X7 Y6 X" l
% Y1p 最优方案中,各工件各工序的开始时刻
. l4 Y7 L& _. l# b2 `% Y2p 最优方案中,各工件各工序的结束时刻
8 `# ]" \$ K+ a5 L( ], g! C% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
5 N( }% s/ o+ J( W% x
) e7 q5 l5 J$ y$ k%第一步:变量初始化
' _5 v( u2 _5 z- c[m,n]=size(X);; U- i* b) o, _7 ?" z: A! b
Y1p=zeros(m,n); |2 Z( F0 r8 p9 G1 v+ |# `, a
Y2p=zeros(m,n);6 l( T# z3 t! [% l w: {# X, k5 b
Y3p=zeros(m,n);! Q4 }2 v2 b% q3 R; f( p
1 v1 F$ A0 ~" @9 h! ^
%第二步:计算第一道工序的安排6 u6 o1 F' W5 t3 m
Q1=zeros(m,1);
6 R9 N) |8 l8 XQ2=zeros(m,1);' @% j$ I. {8 v2 T% a& ^* e& `
R=X(:,1);%取出第一道工序
+ h$ M( s% H% c) n% U) c% b0 r/ MQ3=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
% x) k8 n! Q" K+ {& m%下面计算各工件第一道工序的开始时刻和结束时刻+ I) _% H Z* d' ?, a
for i=1(1)%取出机器编号
$ p! v' c9 p, Z7 ]1 H0 P$ q 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
) X" C. w" i* s6 u lenpos=length(pos);3 W# ?. v# [% x
if lenpos>=1
0 C4 n3 H3 w' e+ h- A Q1(pos(1))=0;2 Y! Z8 {" [( c5 {; O
Q2(pos(1))=T(pos(1),1);2 b9 N, k: ~' z' P. w* {, F6 k
if lenpos>=2
$ `. E+ ]8 J) u) B+ J. j C. {4 B& J/ \ for j=2:lenpos
' E6 |. w" m5 h1 } Q1(pos(j))=Q2(pos(j-1));) ^9 e) n- y4 V$ ~# }' l6 g3 B2 g
Q2(pos(j))=Q2(pos(j-1))+T(pos(j),1);
$ x: ~* W9 i6 _8 L# [ end& H6 T* }- u, q0 P& O( n: t
end3 L! `4 O) R' K- h# Y
end* M: L% f/ p; U! _
end
/ s( P c! y0 D; j9 ?Y1p(:,1)=Q1;
$ J- E3 {! E& C2 A# p" Q8 dY2p(:,1)=Q2;
8 t% X$ ^' q- Q8 G1 ?& ?Y3p(:,1)=Q3;) T, b- B2 _. e% h: n4 U9 O7 x) o
+ m7 r: V: @- C%第三步:计算剩余工序的安排
0 s; N" y- S$ y! q8 }for k=2:n
# D6 i) |# ^' N0 s, r R=X(:,k);%取出第k道工序" c: d0 h @/ X: H5 X' [: z
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, r# R4 l/ u O% Q: Y8 j+ [
%下面计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻4 ~7 U* x' I9 { @5 t3 e& g f
for i=1(k)%取出机器编号
6 t% a; C! N+ F( A6 U8 P 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 T) s9 {* `4 m' B3 u
lenpos=length(pos);7 B4 ?' ?& v# K& z. Z
if lenpos>=1
8 P! F6 e$ s$ |' ?$ Y# P( ~) j5 s POS=zeros(1,lenpos);%上一个工序完成时间由早到晚的排序( g" w/ m/ [# A' S; P. a
for jj=1:lenpos
' P, t# [& C6 ^$ B* B% J' t3 o MinEndTime=min(EndTime);
0 |; J" O3 O* Q/ x0 R$ Y7 y0 Z& K ppp=find(EndTime==MinEndTime);
8 ^$ p1 h P4 q POS(jj)=ppp(1);
( u4 f$ ?1 M, M7 ~& q EndTime(ppp(1))=Inf;% ~, P# n, R3 F6 z) N4 S2 [- k" t
end 1 |9 w* R4 \# {+ g
%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
+ S- \' @3 s0 s5 K8 h1 N if lenpos>=2
1 h. T4 j3 N: l0 ?$ z for j=2:lenpos- T7 V3 z {5 i( z4 V
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
# r2 b3 V# K( ^ if Q1(pos(POS(j)))' d; j7 P( n" e% t) g! {
Q1(pos(POS(j)))=Q2(pos(POS(j-1)));
+ h5 a7 C; i) [5 {$ Q! |: D" Y, V end
/ v( t1 T7 p' t5 j; F end
7 C3 ^4 f" Z5 b {+ @2 e3 H( n3 \ end6 [ C+ u. u# h( W- n( E6 T
end
9 y7 \- L: u v, R) m( l" _1 ~ end
7 Z4 a& q; C- J$ m9 T( K& G Y1p(:,k)=Q1;& H, C1 U( U9 ~: I# M3 v) \9 a
Y2p(:,k)=Q2;! J( P7 k/ z0 r& _
Y3p(:,k)=Q3;
) c2 X* j% U. A, X. M/ \+ H; send" ?. d$ p+ |+ U# B0 }( D" Y; e/ Y
: S% T" B9 D' V$ ]( M
%第四步:计算最优的Makespan值
w0 I- x0 B- B9 { i& j2 @! iY2m=Y2p(:,n);
% z& S5 K5 K7 j/ ~Zp=max(Y2m);! c. f" ?6 G; ~: _* S: y
# n; W0 f6 W3 d' `
%第五步:绘甘特图/ {+ L. |8 R9 h- j Q; S& S, O( P
if plotif6 ^; ^ l1 i5 J9 X! @* N0 h3 S
for i=1:m
3 Z6 O ?- ~ @; ~2 C1 v8 E1 Y for j=1:n
4 F* E$ U) V+ S mPoint1=Y1p(i,j);
! N6 L/ t4 y0 h4 R' _' w. g; Q mPoint2=Y2p(i,j);, u, n5 H* i$ a% K3 N: z4 ?
mText=m+1-i;
& T# n3 h: n% [3 }) @% c PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText);
" P$ E2 @, o l8 T, o ~ Word=num2str(Y3p(i,j));: o, y( H& Z1 u% D
%text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);! E3 M r3 v# E P, S+ _
hold on
8 S, f5 b7 u! X$ j x1=mPoint1;y1=mText-1;! Z7 o& ~4 `+ h% m4 y9 R$ w. [* s" Z$ W3 A
x2=mPoint2;y2=mText-1;- b% f# P2 Z6 _7 x
x3=mPoint2;y3=mText;
3 G7 ?% Z' S$ U" h" n9 E. a7 b x4=mPoint1;y4=mText;
5 x! [1 h2 y. }4 E' M8 d& _ %fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],'r');
& T* \$ A, [+ T fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,0.5,1]);
1 ]) J6 \6 [+ k text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);5 V% J8 D. U3 i! Y3 c: ]
end
. d; l7 I0 l) M$ p2 B end
* F" C0 g% E% {1 zend9 D/ L3 R& J8 V; i* e" d
8 L4 q ^8 M C: U v3 u
3 N; o: t6 U2 ?; Y# e; Ufunction PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText)
9 G6 [; S6 a; V6 y _& c% 此函数画出小矩形
- t# L/ I, x* o: l$ ?; Y% 输入:7 _) y$ O! e: Z+ j
% mPoint1 输入点1,较小,横坐标
% ]% [" r5 u+ }9 c7 B0 U% mPoint2 输入点2,较大,横坐标
( A* q. j5 E7 p' C6 d, k' W T- c3 A% mText 输入的文本,序号,纵坐标3 O7 r* M0 V& X
vPoint = zeros(4,2) ;
4 D/ m) Z9 w1 [2 BvPoint(1, = [mPoint1,mText-1];
9 i+ S' u' ~/ a9 ~vPoint(2, = [mPoint2,mText-1];; C$ E$ K: E; [: L& ?+ C8 {
vPoint(3, = [mPoint1,mText];" x5 l* ^3 ]' O3 o% U, w1 g2 s
vPoint(4, = [mPoint2,mText];3 R, G: [! w Q1 x8 f7 }% L
plot([vPoint(1,1),vPoint(2,1)],[vPoint(1,2),vPoint(2,2)]);1 Z# E4 O7 E2 m7 N
hold on ;
/ ~& _. J) p* \( g ` S) Y0 _0 Mplot([vPoint(1,1),vPoint(3,1)],[vPoint(1,2),vPoint(3,2)]);; x. w \/ }: M, w# E( T
plot([vPoint(2,1),vPoint(4,1)],[vPoint(2,2),vPoint(4,2)]);; o$ \4 o0 u3 C, @6 x
plot([vPoint(3,1),vPoint(4,1)],[vPoint(3,2),vPoint(4,2)]);4 t6 l1 T2 I* ^7 ~
$ ]. J( h5 Z- s# y& }+ p: \; }$ a6 {# g4 g
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