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[求助]车间调度的遗传算法

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发表于 2006-3-21 09:03 |只看该作者 |正序浏览
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zan
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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   
      i( t* R2 H  k% ~+ k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。
    6 ]. ~8 j" b8 Efunction [Zp,Y1p,Y2p,Y3p,Xp,LC1,LC2]=JSPGA(M,N,Pm,T,P)
    ! c4 z% I' ]9 ]% x* I9 T) [3 }%--------------------------------------------------------------------------
      r" R; {) R  a+ r0 K$ I0 B%  JSPGA.m5 o) A5 [6 I9 p" P
    %  车间作业调度问题遗传算法4 Z7 N+ P; J' B6 M
    %--------------------------------------------------------------------------
    1 N1 O; `$ G0 p9 k. c/ d%  输入参数列表
    4 g/ ?9 d+ V& {/ U% M%  M       遗传进化迭代次数
    % W$ t% }/ v3 V. x. H+ s/ m%  N       种群规模(取偶数)1 o1 T' h0 W1 @, _7 R' a' `
    %  Pm      变异概率
    & Q; s. ^! u3 P2 r' Q%  T       m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
    - }: A2 @$ @5 I* d$ F# N8 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
    $ K9 {# g6 {" f8 w9 X4 J% T%  输出参数列表
    8 w5 H) ]$ V% o! x%  Zp      最优的Makespan值1 y) h- Q  J/ N& L9 E
    %  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; h% w( x# D9 Y8 q2 d
    %  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
    ( T. m/ I* k( W/ s# u4 b1 P( q%  Y3p     最优方案中,各工件各工序使用的机器编号, J6 y2 A* Z& w2 ^1 @
    %  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
      g/ D; a0 r( @%  LC1     收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录+ L: y3 r' o5 P; N
    %  LC2     收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录2 V. C; u! Q6 u& 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), t8 o$ Q  G+ B' E  Q
    ( x- j4 W% f& z0 [: }" q
    %第一步:变量初始化
    ) ]. F+ j% a7 c0 H+ g* m3 i3 o. [[m,n]=size(T);%m是总工件数,n是总工序数4 p) d+ g) f& A
    Xp=zeros(m,n);%最优决策变量8 ?/ }4 n+ [) m1 U9 M; N
    LC1=zeros(1,M);%收敛曲线1
    5 E. `0 o- B+ q, w3 O9 o6 lLC2=zeros(1,N);%收敛曲线2
    8 n% K  K# i8 s0 Q) R3 [- }; m5 ^8 z, \
    %第二步:随机产生初始种群
    $ T; K  ~) ~# [) F0 L. ~farm=cell(1,N);%采用细胞结构存储种群
    : K/ T' x% i* |' z% W/ }& O/ f0 Lfor k=1:N
    / {+ h: z; m& Y& U( t. B    X=zeros(m,n);
    6 }* G( \9 [* O; J, F! K    for j=1:n
    - D' x( |0 w, Y, r        for i=1:m8 f: K  g( M! q8 T$ i) I* T
                X(i,j)=1+(P(j)-eps)*rand;
    5 U" }% n" X+ j/ B* G- r7 B% R        end
    & H+ q5 P9 o) ]% _    end
    5 ^, g& T3 R1 G8 R& X    farm{k}=X;
      c' H8 o7 {# E5 N/ H0 {; iend
    " d+ z3 K& _% D, O3 P% s; t& r5 r7 T1 d2 \3 G; e, Q% T1 T2 O
    counter=0;%设置迭代计数器
    ( K4 v! g+ g) c4 u* q- owhile counter) k) p1 }3 P6 o3 h& s- U
       
    8 o2 e$ c+ [' ?2 a$ X3 C    %第三步:交叉5 ^* c8 n) T9 p% [4 i% M2 D
        newfarm=cell(1,N);%交叉产生的新种群存在其中1 N, ]) S' B$ z2 o3 Z
        Ser=randperm(N);
    * c+ G! ~6 L3 k: O- m1 K& `1 U    for i=1:2N-1)
    # v! r8 ~7 A* \        A=farm{Ser(i)};%父代个体, f' ]) F( ?9 h& K
            B=farm{Ser(i+1)};8 t1 ^6 J1 v( m& q  z; b
            Manner=unidrnd(2);%随机选择交叉方式3 s) d! a+ T( r$ e+ K. d2 v, {
            if Manner==1
      y; r' d% d/ U) N) w* g; J. l+ ?1 D  |1 E            cp=unidrnd(m-1);%随机选择交叉点  _* a' l( B6 V# U4 b
                %双亲双子单点交叉9 i: z4 t! E: A% p& t- _
                a=[A(1:cp,;B((cp+1):m,];%子代个体( S+ ~2 \" j! I# k
                b=[B(1:cp,;A((cp+1):m,];
    ( ]2 m4 L* n$ I* z( ~        else0 _4 H+ n$ j+ ^: I$ l$ ]  H
                cp=unidrnd(n-1);%随机选择交叉点
    , Y+ a0 g- V# @            a=[A(:,1:cp),B(:,(cp+1):n)];%双亲双子单点交叉
    0 B6 [$ d! W0 w% Y            b=[B(:,1:cp),A(:,(cp+1):n)];
    ; Y) E/ p% ]& o, `        end
    8 Y& K% [: g8 v) y* C( ^        newfarm{i}=a;%交叉后的子代存入newfarm
    " R/ }" o6 J/ b! O# S7 G        newfarm{i+1}=b;
    9 ?  t9 X1 A- F    end
    % K1 |( ?+ X/ T" K    %新旧种群合并
    ( B2 V3 A7 [1 e5 d* C% ~! U    FARM=[farm,newfarm];, T0 o0 m3 U+ q, j' s% U$ ?$ |- a! }
       , ?- s0 f& d/ _5 b/ E
        %第四步:选择复制! y7 f7 [: E8 n+ y' ]
        FITNESS=zeros(1,2*N);- U3 @0 a) q4 c
        fitness=zeros(1,N);( b6 H7 c4 D3 r$ E" ?) k4 ]
        plotif=0;; ^6 Y2 P% m$ x; y9 y
        for i=12*N)
    # G4 x0 d! u% K) w' j& y1 z        X=FARM{i};: }2 F3 v; |6 U) P: o
            Z=COST(X,T,P,plotif);%调用计算费用的子函数- U" D! L% g# J- h: S0 U9 a
            FITNESS(i)=Z;- W& T  S+ T7 T6 G% O
        end
    ) V: U. }9 f" G5 j+ I8 ]0 I1 r    %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. j; Y: m* a' u
        Ser=randperm(2*N);
    # l  ]+ Y+ I4 z- D    for i=1:N
    # a! ~" H3 j/ Y% n2 ~* L& ]        f1=FITNESS(Ser(2*i-1));. W! {- g/ V5 i8 v/ O5 B4 b
            f2=FITNESS(Ser(2*i));
    0 b, b$ ^6 W% U8 r        if f1<=f2
    1 P' ]0 f0 ?' Y2 I            farm{i}=FARM{Ser(2*i-1)};
    7 y9 l* u) R" V: `& g7 L/ _) N            fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1));
    2 u6 S- T& B  R% d, z( ^- M' q        else  C) _; m, X6 S$ J  f* C. Y8 R
                farm{i}=FARM{Ser(2*i)};+ A* ]0 n: n( f5 x  D' ]- e
                fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i));. G+ ^8 q' X5 [/ Y
            end
    + O3 {0 o7 H, n* N    end
    0 f- g  }0 L5 H! Z    %记录最佳个体和收敛曲线- @. p5 [' b/ b4 ^- _0 S
        minfitness=min(fitness)5 u& A- `6 N; S+ {
        meanfitness=mean(fitness)
    8 ]4 M/ N* A: b; {    LC1(counter+1)=minfitness;%收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录( i: a' ?* U- T8 z
        LC2(counter+1)=meanfitness;%收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录3 `3 D; p( E+ R1 G. a# `
        pos=find(fitness==minfitness);8 P/ y* M: J* ]9 w$ X5 Z! c
        Xp=farm{pos(1)};
    4 v# T" z! B& e& d   + a% f9 E6 R  Z
        %第五步:变异
    # w2 S  w; {3 x; s    for i=1:N$ l. B6 J( ]- U+ L* N/ G! }) r
            if Pm>rand;%变异概率为Pm
    # o! {3 ]' G0 _+ u, v            X=farm{i};6 m0 F! y% I  X3 C3 |, J
                I=unidrnd(m);
    ! o9 @( g0 g. ^! z" x            J=unidrnd(n);
    . e! {  X  Y) p1 |# V            X(I,J)=1+(P(J)-eps)*rand;
    % W1 h- }! Q% V3 R            farm{i}=X;
    ! ]9 k) B$ c" m; W% s' `        end
    6 a" ]: |/ {. k2 O    end
      k7 \% }5 B- ]) T" q$ b$ e    farm{pos(1)}=Xp;
      Q6 L) j: y0 L1 H2 Y& }   $ M) u/ A; V- j% w- H7 V' i6 D
        counter=counter+1
    ( j4 b# @0 d8 @* G- g) S+ l( a9 Send, W$ a$ i6 c0 V& M2 L

    & H$ y" `% W- F2 ~  D, R7 P%输出结果并绘图6 q" w& P% T9 |3 k
    figure(1);) P! ^! P: Q  Y0 v; _; P9 A
    plotif=1;
    & u8 \9 a3 _: s" E2 `6 S# hX=Xp;$ F' I- h, ]: N2 x1 s5 G
    [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif);
    9 ?1 ~) ^8 v3 f0 s2 S& b; ~figure(2);
    ( I8 C$ H6 W, f# |plot(LC1);# g: `5 N& ]7 u) X6 G
    figure(3);
      V" j; i# O2 @0 p/ \plot(LC2);  P3 @4 k7 }  y; F0 E2 [( e
    ( }2 [3 P9 [+ y
    / T% J/ ~0 w! S6 g! q+ y  F, c
    3 q  D, f! K8 U9 k
    ; a' Q5 o. o' d5 X, m& |
    function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif)& P- q# g. a! D+ D1 ^- ?% v" @
    %  JSPGA的内联子函数,用于求调度方案的Makespan值
    6 ]' a3 q9 u: O8 k# F1 V1 l%  输入参数列表% @! {3 Y0 _, b/ Y! h
    %  X       调度方案的编码矩阵,是一个实数编码的m×n矩阵& J# l  G. l& Q% S+ V6 v
    %  T       m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间* K' f  ~* U; _- x! 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
    # z4 y& }/ E( {! j( T+ j%  plotif  是否绘甘特图的控制参数
    ! _) M( G# |$ u  s, H%  输出参数列表6 s. e4 r; f) l1 y2 a, @6 y
    %  Zp      最优的Makespan值
    0 {! V: f3 _1 Z' ^%  Y1p     最优方案中,各工件各工序的开始时刻
    % p" Q3 {: j' {! H%  Y2p     最优方案中,各工件各工序的结束时刻
    & O0 e# Z  t9 J( U, h1 ]5 w%  Y3p     最优方案中,各工件各工序使用的机器编号8 L( }3 E  O# |; Q9 m

    : Z0 T2 [& z: s5 d% h3 y%第一步:变量初始化& I9 {8 ~# P; a0 W4 n" U
    [m,n]=size(X);
    ! {: n7 y0 L. R, a! H+ WY1p=zeros(m,n);
    ' x: X- S  ~) \Y2p=zeros(m,n);
      a: ?, n! ]$ c3 EY3p=zeros(m,n);
    6 a4 r/ ~5 @3 B
    5 W( H- n. `" H" u8 q0 @, Y%第二步:计算第一道工序的安排
    ) a) L4 t5 Y' NQ1=zeros(m,1);
    ! B3 B" u$ j$ D7 `" c: cQ2=zeros(m,1);  b* S+ `7 Q% Z0 ~) y
    R=X(:,1);%取出第一道工序+ G4 A8 h# [+ a3 s
    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, x  F4 I* k$ f5 s
    %下面计算各工件第一道工序的开始时刻和结束时刻1 r. Y) w# l" e% [  A" F
    for i=1(1)%取出机器编号
    ) E" `7 O% v3 B* Y4 L% k    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
    + M0 g! Y: s8 P' F3 k    lenpos=length(pos);
    4 E% F8 H" B- Y: D    if lenpos>=18 L& g% D2 d6 k  P
            Q1(pos(1))=0;0 d5 k/ N' w: {* I+ y5 T
            Q2(pos(1))=T(pos(1),1);
    3 m3 u8 B+ Y- @, x' P4 S* Z( e, @# A6 h        if lenpos>=2& j' b1 [1 @1 D3 X& ~# U! w
                for j=2:lenpos) T/ L2 A- w* r: g( s/ w
                    Q1(pos(j))=Q2(pos(j-1));. S0 A; `% D5 E/ G' `6 S, T9 `
                    Q2(pos(j))=Q2(pos(j-1))+T(pos(j),1);' S( a5 a$ R% w" z% Z
                end
    . k+ }0 t8 j4 t( O$ y: p2 D9 S+ A8 P& j        end/ P) K6 y+ r# ^4 D" r, z! w8 ^5 k
        end
    6 I( s/ \1 r7 ]7 z7 c7 w0 u0 T4 ]end
    % z) _9 s1 K* o: ?3 vY1p(:,1)=Q1;3 i/ G, s% n4 O% A7 P
    Y2p(:,1)=Q2;' b$ q; G" C3 Q: t& m. K/ j
    Y3p(:,1)=Q3;
    6 b2 U7 }7 U* a9 h4 t- J6 D' v4 S/ T$ M: F
    %第三步:计算剩余工序的安排; [# Z# @- b2 O- [" o3 u
    for k=2:n
    $ p& [% D4 V7 B0 C    R=X(:,k);%取出第k道工序
      q5 g, e5 T8 j' ~3 _& U8 V    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
    . I0 q* N6 t0 B0 K1 H    %下面计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻
    , M7 {' t! _2 b  C    for i=1(k)%取出机器编号, i9 F/ v$ e' i9 l# L
            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 d6 W1 t3 M' l( w, U. t/ [; ?5 j+ C) X        lenpos=length(pos);
    : V: u# F0 p. ?1 W( U        if lenpos>=1( n5 S8 u8 V: X, J
                POS=zeros(1,lenpos);%上一个工序完成时间由早到晚的排序8 ~0 b; ~" N3 P4 k5 q1 ?7 u; Z
                for jj=1:lenpos) T/ {6 Y  p9 Y- N3 G
                    MinEndTime=min(EndTime);
    ' T  H. u- |" K1 H2 S5 L; Z5 p                ppp=find(EndTime==MinEndTime);
    4 j: z, W8 r$ d                POS(jj)=ppp(1);" A6 t6 ?9 h8 z* ~, E0 E
                    EndTime(ppp(1))=Inf;) ?  _( J% f4 O0 A. ~( P0 i5 o
                end           , Q; q3 ?- ~" l+ z7 \6 u
                %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9 W7 t8 p7 B4 G! w  f9 W* P
                            if lenpos>=2
    & @4 \; b: E8 V  G, w) p                for j=2:lenpos- f5 Z2 L( x1 q
                        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
    2 w/ Q8 ^& @+ C7 w6 `! U! @                    if Q1(pos(POS(j)))
    9 ^& h' N. E' i: j0 Q                        Q1(pos(POS(j)))=Q2(pos(POS(j-1)));
    * Y# ?2 `5 s- f                    end
    ; O2 R! [/ ?0 V                end* \3 ]4 k( K, u
                end3 M2 Y( [; W9 H& G) i
            end. D: l! j$ t" t4 c; F9 z! @0 M
        end
    1 S" I( g' {8 d) g# o    Y1p(:,k)=Q1;  ]2 y+ `" S* q- g
        Y2p(:,k)=Q2;) k$ L9 `3 ^: J/ R2 R8 T+ Z* I
        Y3p(:,k)=Q3;
    ; A2 ?% x! z: T! j& F9 M$ Pend  T% N7 u% n: I) y: q

    6 Q6 n3 R+ F" y3 g%第四步:计算最优的Makespan值
    3 e. k8 ]% x( n5 p5 F% hY2m=Y2p(:,n);9 _- `, W+ @0 i0 K) O: R
    Zp=max(Y2m);. H* j7 I( S: |8 w, q6 h0 n' c4 D

    0 C/ ~. E0 {' B% }; i%第五步:绘甘特图
    - W" o' \) c# g' Gif plotif
    ; V  H8 _& X2 ]2 F' t    for i=1:m
    ! F) v" P0 X- \- j# H        for j=1:n
    3 S' n! j# f7 u; L$ b  @  o+ u4 G            mPoint1=Y1p(i,j);4 f2 p: x4 R4 ]* |# d
                mPoint2=Y2p(i,j);
    : _# Y6 s+ L) }' E8 J& `            mText=m+1-i;+ T( N5 d2 O. E9 D5 l3 J
                PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText);
    6 [# F1 R3 H1 ?) D            Word=num2str(Y3p(i,j));
    " q- |. o" J. A1 W3 U% t1 V            %text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
    5 |3 U) W+ ~& r" ]. L3 u            hold on
    - _6 L- R* L+ m            x1=mPoint1;y1=mText-1;# b! d1 q2 O$ B8 M! \% h. \
                x2=mPoint2;y2=mText-1;
    & O; Q8 |& p2 Z" \            x3=mPoint2;y3=mText;5 b; j+ ~) z0 [& W+ I6 u
                x4=mPoint1;y4=mText;+ f+ H. W- ^; H' q
                %fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],'r');
    " t( [% k- g$ r/ G2 w8 K            fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,0.5,1]);
    " ~8 j6 `! M& a& ]            text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
    ; z. T# t1 N! H+ l( f        end
    5 B( M& `0 {2 `    end$ g/ K! Q( k4 y8 }' @; ]; i
    end2 E1 G0 e2 F7 A9 R2 K

    3 E1 R, l. a) g( G5 K: p: K) ^4 @+ M/ x( n: X' R7 l
    function PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText), d5 v7 }+ D. r, S  O/ O% I6 i, H
    %  此函数画出小矩形5 ]. `2 q, a, L  R7 u
    %  输入:( L9 a. \+ v9 m
    %  mPoint1    输入点1,较小,横坐标
    " I# g1 L& T' F4 |, G% s%  mPoint2    输入点2,较大,横坐标
    % Q  ~, O( V! X%  mText      输入的文本,序号,纵坐标
    7 T. C! m. q5 S3 x" xvPoint = zeros(4,2) ;
    4 H$ l* S% [* }vPoint(1, = [mPoint1,mText-1];
    ) I+ m! `2 H0 `+ DvPoint(2, = [mPoint2,mText-1];
      I: E  H8 d% X" h' yvPoint(3, = [mPoint1,mText];& J0 H$ C3 }+ ]
    vPoint(4, = [mPoint2,mText];' @* c" t  G1 ?
    plot([vPoint(1,1),vPoint(2,1)],[vPoint(1,2),vPoint(2,2)]);& V& X$ r1 D8 U- i6 p/ y# A8 k
    hold on ;* y9 B" _5 r3 w  d1 U3 p0 Y; i7 K
    plot([vPoint(1,1),vPoint(3,1)],[vPoint(1,2),vPoint(3,2)]);
    # s  n% }% O+ V( O2 Yplot([vPoint(2,1),vPoint(4,1)],[vPoint(2,2),vPoint(4,2)]);
    & l. N/ k2 P. H1 F9 s; I+ eplot([vPoint(3,1),vPoint(4,1)],[vPoint(3,2),vPoint(4,2)]);
    9 T% @7 V0 I  o0 S% M7 Y4 C" B) @. A! E
    # G) s6 l6 q$ B0 Z
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