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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
Z5 c( z# W: E0 h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。
- _$ f! z* p- ^) { _$ lfunction [Zp,Y1p,Y2p,Y3p,Xp,LC1,LC2]=JSPGA(M,N,Pm,T,P)
1 }- b/ R$ I9 Z%--------------------------------------------------------------------------8 h: [1 c" z) s: d, H0 s. r
% JSPGA.m
8 x" ?% Q$ Z4 c# v( y8 M y8 N+ H2 x% 车间作业调度问题遗传算法7 r- b7 N. k5 Z$ I, y9 k
%--------------------------------------------------------------------------
# ]0 x& y% T5 X( }: Z' I% 输入参数列表7 s6 O# ~% n+ [+ o! V
% M 遗传进化迭代次数8 [ S7 n# g; ^2 ]( i, Q' m ?
% N 种群规模(取偶数)' j; ~6 C' v! U1 o
% Pm 变异概率
% Z, v* p. p5 y8 [% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
; v1 F) B3 }, W4 C/ b1 D% 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 F n- d+ k4 X. Q1 @4 l1 \% 输出参数列表1 _/ K( n) n0 Q0 I
% Zp 最优的Makespan值
f& A% `. x) m: O( g% 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' f- v' A" Q0 o& o+ q% ~' v
% 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
% B: `/ V. n' \" @# v% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号 C' X$ A8 q! H 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3 k2 x8 c/ v9 ~2 o
% LC1 收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录# g, e- }! p. u3 e
% LC2 收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
4 y" X @8 Q Y* U% 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)
: P) a' B8 c) T1 a8 C0 z3 ^( g' M9 n9 `9 D: o s2 D
%第一步:变量初始化
' N/ c# ]: u! ~) S* S* B[m,n]=size(T);%m是总工件数,n是总工序数! E* j1 r$ Y# W$ y
Xp=zeros(m,n);%最优决策变量& n. D: M& r: A1 h" c
LC1=zeros(1,M);%收敛曲线1
, B! F( q/ M- X }LC2=zeros(1,N);%收敛曲线2% A. ?5 N6 l! e- h. d
$ B! \% N P; `6 E; J1 D- h
%第二步:随机产生初始种群! ]: D/ Q4 E- ~5 B( Z, S T) @4 @1 t
farm=cell(1,N);%采用细胞结构存储种群 Z* y* ?& n: {6 f
for k=1:N
/ L& h# a8 t9 n) Q, A X=zeros(m,n);: q6 E4 g& g) R( P
for j=1:n
4 k O" K" S1 {/ M+ ~$ w6 b/ ~5 U& ^& \ for i=1:m1 Q) h$ G) V. ^; y! {7 _
X(i,j)=1+(P(j)-eps)*rand;
/ B) ]* z# }0 G5 A: e end
+ N9 W; |- f# e. k end) d. I+ j& R3 B& X0 R1 s+ a6 K
farm{k}=X;$ G7 ^/ ~) t+ m
end
0 @- ]8 L# [/ O4 g9 j: Z6 t, _( v# d
counter=0;%设置迭代计数器" h& u7 F* ]! e% B) p; w2 @
while counter
: q" R* v% X3 G' A. I4 f0 l
7 h* \7 K6 R2 b, T2 y" _5 A %第三步:交叉9 R$ N# F1 v7 E e% g
newfarm=cell(1,N);%交叉产生的新种群存在其中; U- C/ K$ i# L8 L- l
Ser=randperm(N);
4 |1 m5 E! j' z Q2 v+ ~; T/ ~ for i=1:2 N-1)5 H3 |, c# U/ ]: q$ k, p
A=farm{Ser(i)};%父代个体
. B, Q2 h: @3 D9 q3 l/ V: F B=farm{Ser(i+1)};
8 j3 {( x: a9 Q& L' b Manner=unidrnd(2);%随机选择交叉方式
. i1 D4 E) g `& r$ S$ y if Manner==1
" m9 |; g0 }6 O" [ cp=unidrnd(m-1);%随机选择交叉点' V% q6 p3 J) ]
%双亲双子单点交叉
( W: X/ h i' J a=[A(1:cp, ;B((cp+1):m, ];%子代个体9 u/ {+ G- z5 A
b=[B(1:cp, ;A((cp+1):m, ];7 a# u D. x6 X4 U# O" E
else6 i$ m; T. e' c! M3 H# @
cp=unidrnd(n-1);%随机选择交叉点2 X1 }% g. U6 }* j- S/ w
a=[A(:,1:cp),B(:,(cp+1):n)];%双亲双子单点交叉
% u7 S* C5 o# a b=[B(:,1:cp),A(:,(cp+1):n)];
R6 o* Q6 ^' X% p; _( u+ G- b2 Y end/ M* }- F3 L6 Z. g9 Q
newfarm{i}=a;%交叉后的子代存入newfarm. S% U k# v! W& ^5 ~
newfarm{i+1}=b;
% A# M" [6 k g% ^, x end
" }/ o$ g0 U- T3 ?5 [6 E \ %新旧种群合并' s$ H. f4 `1 J" a6 M
FARM=[farm,newfarm];7 \+ o9 B4 a& g) o( d! Q9 {
4 H2 C* b& ?2 H" k/ q' p( ?
%第四步:选择复制, I: Q7 U* W" K) B: R; @# D
FITNESS=zeros(1,2*N);
4 n$ K$ ~0 O4 Y fitness=zeros(1,N);9 [; }9 e" h, P5 M( i- N! X1 W
plotif=0;% j B/ Q- _3 q; x
for i=1 2*N)
5 \$ m4 |' x) ?/ q X=FARM{i};
; Y2 Z4 [) D( u9 w$ q1 l7 K Z=COST(X,T,P,plotif);%调用计算费用的子函数9 |2 C5 n X' h
FITNESS(i)=Z;
% c- a% w8 Q2 L% [5 w J! J end
7 ~7 s& o" B4 l9 E %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' n& v# g& f8 B3 _2 @! [
Ser=randperm(2*N);
8 m2 W- B& w/ L" m for i=1:N* G3 d3 g h' m2 q/ f
f1=FITNESS(Ser(2*i-1));: F7 U4 S8 p) u. |8 X8 t
f2=FITNESS(Ser(2*i));9 { k/ a- [" J0 E( H/ N* ~8 O
if f1<=f2
' y2 W6 b# e: c. B n8 R9 B farm{i}=FARM{Ser(2*i-1)};
9 z2 {$ R- f% `6 n fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1));5 n3 l7 P: g( x+ n% e& u6 t, H
else, C0 [5 v8 E: b6 i+ @! u6 ?
farm{i}=FARM{Ser(2*i)};3 E6 _! R0 y% i' t* A$ B
fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i));
; u4 x" Z. O; s# ~/ t+ J; m8 p end8 K7 T0 N2 I! M& m1 x/ E0 k
end
' N7 G9 H7 e& @: L %记录最佳个体和收敛曲线
Q" K% P, T3 c) o/ s4 ?3 X9 [. | minfitness=min(fitness); F4 b' d8 T" r, }( T6 q
meanfitness=mean(fitness): V2 d A1 y( B3 u) @1 o" N
LC1(counter+1)=minfitness;%收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录" W' r5 P% @* \, u
LC2(counter+1)=meanfitness;%收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录; ? Z1 ]9 X6 J [
pos=find(fitness==minfitness);
7 ^9 \6 {4 L5 h' e# E3 w Xp=farm{pos(1)};: t. Z, \( b. J$ N& K( p
* h( \& u$ m/ _2 a6 W %第五步:变异
# Y; [5 d9 t, O( F for i=1:N# ? J3 a m* y1 ]( {7 H1 C
if Pm>rand;%变异概率为Pm
4 y3 v+ B( X |' s X=farm{i};
: ?5 @; p) ~% g8 @& G5 D I=unidrnd(m);
0 w' H" T3 V6 E$ M4 f1 f J=unidrnd(n);
) q- L# A. |0 W& m3 ] X(I,J)=1+(P(J)-eps)*rand;
3 f$ G1 H1 A' y( b( m7 S3 D farm{i}=X;, l% {9 p4 J- a1 W* K) h9 i" z* s
end* n# [4 C2 d* R( @) ]
end
4 N- C. `! P6 H9 o9 e3 \' V farm{pos(1)}=Xp;
6 b4 c. P) u4 o" g! b: t7 A
3 T# K- v$ H- R0 @; L1 \5 T+ u: w counter=counter+1
% [0 R6 f: W9 r) Q) P. ~" [end
3 u7 ]5 {3 q8 h, R/ V; h& k2 _3 |6 C8 o2 e4 ]0 L9 \4 a
%输出结果并绘图# B0 a( [- [% A0 `/ ?7 I
figure(1);
; F$ l3 a; q! e+ m4 J, xplotif=1;: k' W) `* q, X5 l+ @" R
X=Xp;7 f/ ^ `" |2 }6 h7 Q" @8 q
[Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif);
) \% \/ {4 |7 t- {' q' T W# Yfigure(2);
0 N) _; u5 Q: f) [4 nplot(LC1);
: p/ | r- F; E& C+ Hfigure(3);9 S4 t% ]7 E$ J3 L& Q
plot(LC2);
, M# l f6 a6 L; a0 }: q) u, M+ q8 r* K; J& g
V- @# G, |, K
: X2 ^/ }( X4 ~9 H
. e5 v2 z/ r0 h7 }1 lfunction [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif)( K. y. r$ g# b) T5 w
% JSPGA的内联子函数,用于求调度方案的Makespan值) j# J4 m; V8 Q- S$ n" A3 B
% 输入参数列表
0 L+ a) M3 w9 }2 n% X 调度方案的编码矩阵,是一个实数编码的m×n矩阵' x& M5 S4 h V
% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间% t2 d& ~/ M. ]: C
% P 1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目
, J; P8 C/ i& X; {# }! F% plotif 是否绘甘特图的控制参数
5 B0 W# C2 E. Y* B9 W, C% 输出参数列表
. g8 \- D" p- W0 N0 J) @5 p% Zp 最优的Makespan值% f& c! a& n& ~) J# f j1 ^
% Y1p 最优方案中,各工件各工序的开始时刻% E2 j- o( h$ V, W. Z
% Y2p 最优方案中,各工件各工序的结束时刻
8 B' x: @* c' N. j% r6 U8 N, i# y% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
: i% d$ W* w4 ]1 l5 \( n- ^' Y
) D2 d7 T. a( c# x%第一步:变量初始化
: l. |8 K) K. K1 h ?$ R8 G7 h[m,n]=size(X);
% T! c1 u0 U) aY1p=zeros(m,n);) Q: |1 y K V8 Q4 O
Y2p=zeros(m,n);
) @4 u& f2 t3 R: T" P N: hY3p=zeros(m,n);
0 J2 Z, ]& _; ^% T
% p" Y( O7 g5 i }%第二步:计算第一道工序的安排" z s# r5 k2 A
Q1=zeros(m,1);* q) {! K( ~, R, I$ G ^
Q2=zeros(m,1);
$ ]. P( {9 F; x# U% W: m0 _$ \R=X(:,1);%取出第一道工序
( F V$ c; I0 ~/ r+ JQ3=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: R8 i' S4 m% ^& \# C% [
%下面计算各工件第一道工序的开始时刻和结束时刻
( k3 u( C7 T! C3 g' X9 h/ W e" V$ S- Nfor i=1 (1)%取出机器编号
: b7 Z+ j0 _( }( R9 ?- R: H, { 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, k' w- e0 x/ c. @) ]
lenpos=length(pos);9 a l' a& m9 b
if lenpos>=1
j$ ?. ^+ `2 ~- v* S( F: w: ~% L Q1(pos(1))=0; x4 { H. h7 T6 s8 q
Q2(pos(1))=T(pos(1),1);
4 g$ o1 I; b& d+ R# T$ q if lenpos>=2
( ]4 _- T1 b7 ^( f: Q" k6 W for j=2:lenpos$ {2 R' q$ B0 L6 r) {- z: l2 X7 h. p
Q1(pos(j))=Q2(pos(j-1));* z( R( c P- L
Q2(pos(j))=Q2(pos(j-1))+T(pos(j),1);( B w, N6 u; n- o& o- |8 r s: B, z4 j
end
0 w* }( M; \* V9 p) ~/ Y end0 f# s: @" I" d- {$ v
end. \3 E9 R" V" e* j1 T7 {1 U) A
end% J N t7 W: k: k" q$ X
Y1p(:,1)=Q1;
; S. @# o7 C* E1 p& a9 ?- fY2p(:,1)=Q2;% A& L- }5 q% }2 k' h. }
Y3p(:,1)=Q3;. ]9 y1 H, q1 u) t
4 f3 d9 s5 E8 I6 J
%第三步:计算剩余工序的安排; X. p# [/ W* V7 o- ~, b
for k=2:n H; U5 E# d6 X' \4 w
R=X(:,k);%取出第k道工序$ m/ X* i+ X5 X4 l1 d. W/ 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
5 n; p6 p' W& v0 h3 T7 g( K %下面计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻. E: q! Q+ D9 ?. `% x
for i=1 (k)%取出机器编号
* K& q/ ]$ Z7 J* Q% q9 n6 g# 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
, U/ O4 s7 F2 x. O* W' D lenpos=length(pos);- V9 o% m+ Z: Q) f. }" B. B
if lenpos>=1
# t: `7 H) n4 b4 |; }# M) Q1 v POS=zeros(1,lenpos);%上一个工序完成时间由早到晚的排序
B; _9 ^5 O W- R$ j: M+ ` for jj=1:lenpos% r+ b5 _& S2 s0 s; |9 v
MinEndTime=min(EndTime);& k' ^- J+ P# x# J4 Y% n+ J
ppp=find(EndTime==MinEndTime);* v; ?, f( [$ d* O! Y" H
POS(jj)=ppp(1);
0 o$ W `9 V& [ O9 ?9 j) S. @ EndTime(ppp(1))=Inf;
! `6 I& ` a i- o6 s3 P- R8 [ end
9 J, g% q1 m5 z 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3 Y+ U1 h+ F% [+ ~! \- A0 K
if lenpos>=2+ a( i4 v5 ~" o3 B" N# k: N* i* l
for j=2:lenpos
7 c/ l0 w$ s1 Z5 p9 ~* { 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3 N) {6 w* t) w
if Q1(pos(POS(j)))
. @# \$ }) r+ f) w Q1(pos(POS(j)))=Q2(pos(POS(j-1)));. x7 ?: d% p1 U/ }
end# j) ~. B* G! I
end
" f( i7 c( Y+ d4 Y end7 H" _' E; y( \
end
2 D2 A+ }' G! P; B+ A5 n N( G end, V7 a& W$ K+ b9 t, l3 z3 C. i
Y1p(:,k)=Q1;
; B$ L" ]5 i: c9 J) f9 r Y2p(:,k)=Q2;
4 f* z* B6 `8 a U1 J/ h& B Y3p(:,k)=Q3;4 n" V! i" T9 x
end
6 x' L. z9 J3 ]! Q) H
, Q- l+ C% C$ E% A%第四步:计算最优的Makespan值7 I1 \ Z/ E, ~( q
Y2m=Y2p(:,n);( I3 E3 n% o7 k0 X
Zp=max(Y2m);
+ Y3 |* f) k/ W" L% V p) M1 K) ^3 O5 {: {
%第五步:绘甘特图8 y" {( R+ O9 W; d1 i3 g! f
if plotif4 B' q9 a2 ^/ M+ E( Z
for i=1:m
# N5 g) ~. J5 f' B% B$ g for j=1:n4 f8 r- J: n Y$ ?9 n% e
mPoint1=Y1p(i,j);, R6 a8 Y0 s! u0 [$ f
mPoint2=Y2p(i,j);. L! b- [8 X0 P$ r9 Y9 d
mText=m+1-i;, q( z$ O+ V* v
PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText);
- f& W7 x G; u: o! m Word=num2str(Y3p(i,j));
2 B2 V4 b) q, E/ \- T %text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
) R# n/ h% w6 j; f% F) Y hold on2 v3 j7 @3 f" G1 j3 D
x1=mPoint1;y1=mText-1;
/ W+ O% K8 W% ~* c x2=mPoint2;y2=mText-1; `. R# C+ E' F8 ]) M1 o9 I$ ?0 q
x3=mPoint2;y3=mText;( H0 u; Y- ^6 ~. }* r
x4=mPoint1;y4=mText;' S4 I0 f' f$ ]0 Z2 U/ f; |5 E& V
%fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],'r');$ n$ z0 M% ^" C7 T2 j3 ^
fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,0.5,1]);
5 Z3 Z4 a' |! J8 T; o: z text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
4 i0 B! A3 b0 g: n! J7 H: s ?( F end/ Y& E8 K, k3 i( `" ^9 ?& C
end
& I7 R' J& Z6 W( f& zend
% y8 J4 |& u: J) c: p" O* w+ s
+ t; O4 h4 }- C6 G$ e" J9 x' H1 g/ q7 j/ G
function PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText)& [5 X+ E& P. S, |; U u
% 此函数画出小矩形
$ d4 q" @+ t5 V0 b% _) [; R! V5 f% 输入:. T- I* v* d5 e7 F! v4 S4 i
% mPoint1 输入点1,较小,横坐标
, A* N5 |% W; q( P% mPoint2 输入点2,较大,横坐标
7 L9 k- I+ O6 ?0 S2 Y% mText 输入的文本,序号,纵坐标+ N: n& j/ D* {9 z7 \
vPoint = zeros(4,2) ;
$ |3 Q4 l- Z: U$ ]- VvPoint(1, = [mPoint1,mText-1];0 c6 [9 D" N' }8 i) u' w6 o
vPoint(2, = [mPoint2,mText-1];7 A( w* a3 l$ \' a$ h
vPoint(3, = [mPoint1,mText];* V5 m7 T' r* V; F' K0 y" G3 w
vPoint(4, = [mPoint2,mText];
. @0 M; N" F( c. J0 Bplot([vPoint(1,1),vPoint(2,1)],[vPoint(1,2),vPoint(2,2)]);+ T X6 \: F+ X4 s
hold on ;
8 y) o& @/ {: S6 \plot([vPoint(1,1),vPoint(3,1)],[vPoint(1,2),vPoint(3,2)]);
1 T; y* i+ [' [) y- A5 d) e' q3 j1 Rplot([vPoint(2,1),vPoint(4,1)],[vPoint(2,2),vPoint(4,2)]);
- F1 Y9 L- o, u" w4 f: ^, a1 { g% wplot([vPoint(3,1),vPoint(4,1)],[vPoint(3,2),vPoint(4,2)]);/ L! f( X& k' Z: r0 y3 q
1 h% x5 x- \, j9 g2 z7 F; [
3 M0 [( w5 V$ g. ^
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