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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 x2 v8 }+ T2 g
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。 ) I2 \. G# a. {0 ]0 p
function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p,Xp,LC1,LC2]=JSPGA(M,N,Pm,T,P)
, b3 x8 f2 h+ [- G& K6 R%--------------------------------------------------------------------------
/ g0 n0 H3 E/ D8 S% JSPGA.m4 f+ I: F# ?) X% l* d' F
% 车间作业调度问题遗传算法
B2 Y: N5 ~0 \%--------------------------------------------------------------------------4 f& Y5 z2 |- d
% 输入参数列表
4 ~) r( \. \+ `! C% M 遗传进化迭代次数5 x: O0 Y) B" t& \+ x& k
% N 种群规模(取偶数)8 F" `. \- P) p3 I. V9 P0 D8 v
% Pm 变异概率
2 S5 A0 I6 m9 f3 u% N' r0 \% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
3 G) p1 e4 s o8 p% P 1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目, S3 F4 W& {& m* L
% 输出参数列表* ?4 I/ O% @7 M! l5 T* N
% Zp 最优的Makespan值; x. n+ q1 o& n
% 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% ?. V1 u! Z7 p% 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
' Y) r+ l3 M1 F) c% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号& {6 O/ K7 y: \* u! [5 L( p# `
% 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
. `1 b" ~5 ?( R6 I G% LC1 收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录 C6 c- s8 c% [9 i: ^- M
% LC2 收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
8 k' I: b: H6 p- 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)
6 G6 c" t9 {( M. o2 i% _6 M; G, h* O0 N( d0 b7 g
%第一步:变量初始化
4 a$ g# j: X& E4 k; S: H O) ^[m,n]=size(T);%m是总工件数,n是总工序数4 e0 O( g+ W7 w) I* x W
Xp=zeros(m,n);%最优决策变量' p& S2 b' f: y
LC1=zeros(1,M);%收敛曲线1, o% V0 K. @3 P5 Z; P
LC2=zeros(1,N);%收敛曲线2# F% n: x" ^, [) ?- \8 U5 Q1 s
0 y0 O7 w& ~+ u( Q1 Y; e%第二步:随机产生初始种群
. B- V4 v$ s. Rfarm=cell(1,N);%采用细胞结构存储种群4 G) E, d- L4 u. q
for k=1:N; a% o& \. P8 f) ~
X=zeros(m,n);
- Z, ?- I" B5 e. j for j=1:n
5 [0 [ b6 e; | for i=1:m1 y2 L4 a0 r# Q+ X/ f
X(i,j)=1+(P(j)-eps)*rand;
5 E+ [' M* b6 x" D: ~) [& N) U end
) q, }( b! z; o; c; G" n6 c end
# f5 T" ~7 ~& y: k farm{k}=X;
# d R$ [4 A& g) _3 g, @end( s, S; O( ?4 ^' S2 V; R
) s) n4 a D+ N9 ccounter=0;%设置迭代计数器
$ j9 d, p; W3 h5 ~( [while counter; B7 ]6 x9 \4 |. D/ s! E. j; O
$ `, k. H7 Z q& }/ t5 p6 [
%第三步:交叉
0 }2 _7 q4 Q: w3 }3 G, i newfarm=cell(1,N);%交叉产生的新种群存在其中
+ r2 ^) N6 Q. i. z- E Ser=randperm(N);
0 ?) u) ]0 e( O for i=1:2 N-1)
$ e& t2 }) Z- _4 u& i A=farm{Ser(i)};%父代个体
* T1 q* m& ?7 ^- N8 s+ r% O7 i0 K B=farm{Ser(i+1)};5 q- r! W6 D; r6 v' P5 F' A
Manner=unidrnd(2);%随机选择交叉方式
1 D2 z ]+ q$ N9 O# x* [ if Manner==1' S1 H9 K, ` e/ L
cp=unidrnd(m-1);%随机选择交叉点9 d) \0 d8 `) d% d; |# {8 t4 G
%双亲双子单点交叉
, t; Q) |+ R9 w1 Z& a' }$ Y; O a=[A(1:cp, ;B((cp+1):m, ];%子代个体& w9 C6 P, C8 H- i) j3 E
b=[B(1:cp, ;A((cp+1):m, ];
" M7 N( E- ?$ z9 b else
8 I. q) `2 q5 w% T8 _! @ cp=unidrnd(n-1);%随机选择交叉点4 y1 W0 Y" ?6 i2 o8 @
a=[A(:,1:cp),B(:,(cp+1):n)];%双亲双子单点交叉
- b3 Y& r7 t& y3 W, e b=[B(:,1:cp),A(:,(cp+1):n)];: u; M! ]/ x! N& K5 S2 `5 D$ {
end
! n% I; y0 D0 ^0 ^$ f newfarm{i}=a;%交叉后的子代存入newfarm' J; G/ T' z" L; b$ u i
newfarm{i+1}=b;. Z/ W, |1 P$ @6 _6 p4 H7 F; e
end
; B; |2 I; z; q %新旧种群合并
: N H9 ]1 `8 ] FARM=[farm,newfarm];
+ n/ L( {: T d- N9 s% u
" ^" c' d( S5 } %第四步:选择复制 [2 [, ~, \% M7 |9 E$ b
FITNESS=zeros(1,2*N); c' o% R/ q2 M( Q. ^7 I; n- I
fitness=zeros(1,N);
% P6 o5 Q. E0 s1 E; b% |' K0 Y plotif=0;
# g* z: R: h) v1 x2 g: g8 @) M, C for i=1 2*N)
" n. M8 }* T: f/ }6 b5 m X=FARM{i};% u/ e% K5 F# n; | f& h t1 o
Z=COST(X,T,P,plotif);%调用计算费用的子函数) H3 P; q ?+ ?& }" o; k9 P
FITNESS(i)=Z;; [6 s, A$ D4 T0 J0 z
end7 X$ \; f3 I- C" b+ x, z
%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
; i# @- s0 u4 U Z' G5 L" _ Ser=randperm(2*N);8 |% s2 H( h" w4 w3 Z6 `7 h1 _
for i=1:N) }$ J! C, P, w% C; ?, E8 k
f1=FITNESS(Ser(2*i-1));
+ n* B7 ]0 S- [' Y) G f2=FITNESS(Ser(2*i));$ o' g2 I5 V! v$ O" ]1 |4 B
if f1<=f2
0 E4 K* E% q+ x( ?6 V" [# d5 k farm{i}=FARM{Ser(2*i-1)};
$ ^# X0 \, ^2 q8 t( w3 V, T fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1));
- o5 `: n6 W( ? else
$ d8 i3 c" J7 P( t2 A# A farm{i}=FARM{Ser(2*i)};
9 e) m: z. u- _0 P) h4 m fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i));
, D) E4 W2 R4 D: V- o! f0 ?" a end: s) z* a. R, O- b0 K* Z
end
2 o* G- q+ k$ Y% S: L& n %记录最佳个体和收敛曲线2 b7 r2 K1 z2 Y5 f
minfitness=min(fitness)# X8 r }* q! [8 P% D
meanfitness=mean(fitness)
- A: B+ _$ _9 L( @& Q/ d LC1(counter+1)=minfitness;%收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录
! Y4 B7 g* R- d* p* ^' }- u* b LC2(counter+1)=meanfitness;%收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
. k7 e# p5 W/ T e j/ E pos=find(fitness==minfitness);
6 ], M" \9 S, t% x- ^2 w( c Xp=farm{pos(1)};: Q& @5 h' q$ ?5 e3 J5 U
: x }- ?2 {( H, m %第五步:变异
" W8 ?: F5 ?% |0 J `. \ for i=1:N0 X/ N2 z. C4 j( x6 s6 |" K& {, o
if Pm>rand;%变异概率为Pm5 Y% R1 j) H: L( ^1 t
X=farm{i};
5 x& ^4 Y8 C* b2 F' }/ T I=unidrnd(m);$ T3 }! J" w( Z" K
J=unidrnd(n);
$ L8 V; Q6 _2 F/ w X(I,J)=1+(P(J)-eps)*rand;
3 `8 g7 ~# I" f$ M9 b- P5 ` farm{i}=X;
% Z B( t! O* P& Q. g end
7 u7 b2 e* y, P+ J end! a {& Z2 ~% w0 v
farm{pos(1)}=Xp;
1 t2 h) H6 A8 R: M, R9 E 3 y" S: b1 @( Y1 S0 g' b
counter=counter+1
4 \( I* C" D1 \end
f7 ` k8 A6 F9 Q v/ A& @4 t! c# A! x4 t6 `+ {- H
%输出结果并绘图6 t1 T6 I! ?+ j/ ]7 P1 o+ s; i
figure(1);/ z4 T) Z1 L1 W) n# h8 K% Y3 Y! D
plotif=1;0 ]$ P- E+ K* G% o7 L4 P9 Z
X=Xp;% i9 }/ f6 y! O- a8 L
[Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif);
2 M J4 b/ k" Q0 _& w$ kfigure(2);
: Y+ r: E$ [- Q* j! Q% L1 A# v. C4 Lplot(LC1);
: n$ j: a+ J' R, K! h5 @% Ifigure(3);
, B. I: S ^2 t! ?0 cplot(LC2);
5 f6 ^. L9 Q5 R4 X( k1 @, b- W) N) ^1 l
) w% I5 B9 J0 W7 V0 ?2 q
; o' n% C. p# m6 k- c; z1 z, ]& [4 _' |& _
' @3 s2 Y* r: r9 V
function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif)6 V5 }5 L" i/ K
% JSPGA的内联子函数,用于求调度方案的Makespan值1 d4 p; o& h* Y# y# |5 n/ {8 t9 G
% 输入参数列表* J. K! D7 Y& ^' k9 [2 E3 g# `
% X 调度方案的编码矩阵,是一个实数编码的m×n矩阵
) N5 n$ _+ A5 z' E: |" [ k% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间3 g0 S1 \- I/ ^1 T0 B" q# z" J& I
% P 1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目% I7 ?4 K, P o8 C- D* s5 I
% plotif 是否绘甘特图的控制参数 e' [$ \1 q. X( r: d5 K
% 输出参数列表/ D- ^# b4 I/ i; l9 {% Q
% Zp 最优的Makespan值
, D; j* W% ~' R; n$ T- m% Y1p 最优方案中,各工件各工序的开始时刻! f& V( W n* n% T7 j; w/ K
% Y2p 最优方案中,各工件各工序的结束时刻+ D0 q! I2 E6 m1 M4 Q! p3 L) g9 p
% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
/ L( b# r% Y$ Y1 V( W4 y
1 E8 P4 D9 r: d9 R/ k. I0 ~6 j; M%第一步:变量初始化
$ \" r' J4 d) ]; O[m,n]=size(X);
5 X8 I! E* u/ M& t$ T4 D! P( w: g2 XY1p=zeros(m,n);% Y8 v/ V% G0 f6 t! p
Y2p=zeros(m,n);9 m4 i; k+ ^4 X# B3 j
Y3p=zeros(m,n);: [+ E) \) _ y5 s3 _% y% U
H3 ~+ m* a% K) p! i9 d%第二步:计算第一道工序的安排
3 K1 ?, b+ x" t; TQ1=zeros(m,1);
" F8 W. l6 ^- i+ H7 X$ A6 @Q2=zeros(m,1);
1 Q) d1 c* ]. {( y( z% I8 } kR=X(:,1);%取出第一道工序
, `7 c5 {% o- q5 E( u/ ?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
% y/ t/ i; H5 _* _%下面计算各工件第一道工序的开始时刻和结束时刻
6 J ^) S1 Q, ifor i=1 (1)%取出机器编号
6 a0 F1 J! \( i) 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
+ ]2 p/ _" A% z lenpos=length(pos);
9 w# Y# e3 L7 m. f9 V if lenpos>=14 R- X9 {5 ]; H' `
Q1(pos(1))=0;
( T" `9 }5 S. t) J( a3 o5 Q; } Q2(pos(1))=T(pos(1),1);8 D, P* @1 @: w; {+ m2 h
if lenpos>=2
- v' b& U4 H* Z6 ] for j=2:lenpos
6 S) A4 c* v: h+ m6 ^: p7 n Q1(pos(j))=Q2(pos(j-1));
- g, R' \' O$ s( v. ^4 N' Q$ M Q2(pos(j))=Q2(pos(j-1))+T(pos(j),1);$ o3 Q5 K0 r# K
end
. M" o+ k* J* M% m" u end
8 b, H6 Y, C8 C# t; P3 [ end. M- O# Y% L& X
end
8 J4 B+ x2 f- I* tY1p(:,1)=Q1;
$ E, _' y5 D; M9 v+ m. TY2p(:,1)=Q2;' E5 C5 S# W' \" i
Y3p(:,1)=Q3;: C7 \' D6 f6 h/ Y4 X1 `9 M
* J9 L4 G6 [1 O% L! I; z5 \
%第三步:计算剩余工序的安排) _+ Z" {5 |' ^ h: K+ t! D( P
for k=2:n
x2 X2 y8 [- l$ w) s% Y# C7 ]6 V R=X(:,k);%取出第k道工序/ N/ a- Q/ _) _$ O* N
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
/ |' O G: z. z- {' ] %下面计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻; _* {$ ~; }0 j
for i=1 (k)%取出机器编号
9 ]2 N/ P7 |7 U; b* m' j/ |- `4 C 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
2 e( ^9 r7 ^2 `+ O lenpos=length(pos);
1 F- B* R) R7 ^) {8 g/ ^* j7 i if lenpos>=1
. `* _% A+ t2 d. m2 ` POS=zeros(1,lenpos);%上一个工序完成时间由早到晚的排序
& Q6 O1 v$ |1 @ {. C# w for jj=1:lenpos
& M* \, A9 Y& ? MinEndTime=min(EndTime);1 T# ~" e9 G% a! m4 p
ppp=find(EndTime==MinEndTime);5 e8 i. d7 Q7 }) p" I6 Y
POS(jj)=ppp(1);* E3 @8 B0 ]! G' m2 F" g W$ ~
EndTime(ppp(1))=Inf;
- \+ t1 m9 j7 |# Y, f9 H end
3 V5 X2 T& u L1 M; c9 F1 W0 @* M %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- X8 y: \/ R& H8 w/ n6 E
if lenpos>=2
; A1 r2 M: r; o& u; @5 ^9 w& _ for j=2:lenpos
- j1 |# Z- ], ^' i- W* ] 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. x4 M4 O& u _
if Q1(pos(POS(j)))* k& U( C& k% N: B. l
Q1(pos(POS(j)))=Q2(pos(POS(j-1)));- K0 i2 z: z/ K+ u! r" b$ u; T7 ]
end! B7 z2 t& K0 m6 @
end; z; S6 t* }4 N
end
! x/ m( E( U$ _* O) ?/ | end
7 f; S9 h; U/ ~7 n end
9 K0 X2 p2 \2 E Y1p(:,k)=Q1;
2 V8 u. w- u, m* D5 u Y2p(:,k)=Q2;
' z. a8 v. n6 h7 _ Y3p(:,k)=Q3;
3 |* r- W" [- }% b/ M- dend
5 ]' |" V4 l* w# }, o8 [# j9 v2 P0 u& m$ M3 B e# T9 X
%第四步:计算最优的Makespan值 [; P+ A; R% H
Y2m=Y2p(:,n); g' v7 M8 l' j3 r4 q6 i
Zp=max(Y2m);
, N G- J+ x1 S( p2 u$ o3 [( s9 K1 s$ I4 e: s$ p" H9 \
%第五步:绘甘特图
- O8 h. K F: [6 s, R% ^* Aif plotif
' |7 h. z" d& L for i=1:m
) j% @# ~) {0 E' N5 y1 b: ^ for j=1:n# n+ T" r4 `5 E* ^
mPoint1=Y1p(i,j);
* r2 \: Z# L7 u! j/ }6 S mPoint2=Y2p(i,j);
& l9 m! L# a+ r2 c% w mText=m+1-i;/ i0 G4 O, U1 Q1 P4 \
PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText);
- B* j& p2 e; f% V0 g. t6 P7 R Word=num2str(Y3p(i,j));
" D! M' Z% I! o- e5 j3 x %text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);4 ?8 y& g6 j* ]0 K( c$ P: s
hold on! s( `& b- a$ x
x1=mPoint1;y1=mText-1;
1 o5 d! {) F5 O; u+ z/ x x2=mPoint2;y2=mText-1;
* J8 k! H" s X2 J# T x3=mPoint2;y3=mText; E) f5 e3 |/ u+ Y, }
x4=mPoint1;y4=mText;
( e, O$ r* j2 Y, t. z %fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],'r');
% A |2 f7 Y' l. s. q! |% Y3 `* d$ D fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,0.5,1]);
3 v0 H, J$ I! x* ]' j% u; h* M- b text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);- S6 w) L, A! Q2 d! ^
end
: b& w8 y! S4 Z( t end
0 _- ?3 S% I& l4 Q/ C: D9 Uend
* r2 r, @/ k3 U b; }1 K8 S Y
' [8 T3 {) Z3 i
7 j8 W U r: x9 ?function PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText). N# q( ?- u/ M
% 此函数画出小矩形
. A' \. @! f5 ~6 m% f5 G% 输入:9 b* I: v/ ?. w' f1 ?6 s. D/ J1 u
% mPoint1 输入点1,较小,横坐标+ u$ q; D5 k$ ]
% mPoint2 输入点2,较大,横坐标
( F4 w7 h' s0 X0 z5 s% mText 输入的文本,序号,纵坐标
- ~ ]" H) p) P: A; @) V& mvPoint = zeros(4,2) ;
6 d8 f4 ?( u! |3 J5 |. R6 S1 m }8 d" dvPoint(1, = [mPoint1,mText-1];
! H7 o4 Y3 E0 F2 e. G& NvPoint(2, = [mPoint2,mText-1];
* P, j- A# h+ Y; I' x1 S- nvPoint(3, = [mPoint1,mText];$ b5 B4 m2 W c
vPoint(4, = [mPoint2,mText];% {1 H1 q% s( t% l4 I6 ]7 Q0 ^) C; ?
plot([vPoint(1,1),vPoint(2,1)],[vPoint(1,2),vPoint(2,2)]);. U5 G# V1 B/ H% n9 A: c
hold on ;+ a- q) D3 S; |& T6 D. S
plot([vPoint(1,1),vPoint(3,1)],[vPoint(1,2),vPoint(3,2)]);
+ W6 Z! \/ i3 N% dplot([vPoint(2,1),vPoint(4,1)],[vPoint(2,2),vPoint(4,2)]);1 U) E: `# e& l0 \3 s$ N
plot([vPoint(3,1),vPoint(4,1)],[vPoint(3,2),vPoint(4,2)]);
9 k; p6 N# s/ l
! G) a* R. }7 d$ N( Y" i6 B7 m {. j3 ?6 M9 _1 p
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