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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   
    1 w* U9 B' R- N8 |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。 ) y0 }0 k- Z9 U4 O2 {
    function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p,Xp,LC1,LC2]=JSPGA(M,N,Pm,T,P)
    + M# j8 z: f; X% w%--------------------------------------------------------------------------
    6 F; r: P7 A6 m1 q" z! G" C. r%  JSPGA.m7 G# U' K3 q6 F
    %  车间作业调度问题遗传算法
      _. z. k% K* E$ |' K1 N%--------------------------------------------------------------------------& N" G9 P4 W: `# n" `; @
    %  输入参数列表% G6 G7 M0 ^: N" W% S% }4 N
    %  M       遗传进化迭代次数" }& C  \8 E( _# @1 i
    %  N       种群规模(取偶数)0 o# y* r4 ?) x& r% m9 D5 u
    %  Pm      变异概率
    / F- E& x) X' t1 y%  T       m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
    9 k; p+ g: M+ `* N$ V) ~%  P       1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目6 q$ n& C! V2 s% S, i
    %  输出参数列表
    , m" R: ?/ s/ z%  Zp      最优的Makespan值
    - Q9 Z% L6 X6 P& y%  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
    6 _9 b5 {' ~2 X* E; T%  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
    0 R& Z9 l. W# F) v. t  Z2 ]%  Y3p     最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
    % r3 V  `) r) s. \%  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6 ~6 H- ]4 C7 e
    %  LC1     收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录
    ' h2 R* X3 j" l9 \  F%  LC2     收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
    : ~0 H- b; r' E! D8 R* r. I; f%  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 s5 @5 j0 i' Z: \2 G& y

    + A( k+ d, f0 L" S  |- j! y+ F3 Z%第一步:变量初始化8 c3 W7 \( s; n* Z) `
    [m,n]=size(T);%m是总工件数,n是总工序数
    + ?" y) U+ w! @' J$ RXp=zeros(m,n);%最优决策变量% ?, D- ^' C; f& g5 s
    LC1=zeros(1,M);%收敛曲线1
    , s2 ~, f2 j0 Y" J7 G: ?LC2=zeros(1,N);%收敛曲线2! K+ a- o, t& P' L  R; f$ Z

    * |8 n; W. [; ]%第二步:随机产生初始种群7 d8 M) B0 F3 S- q7 D
    farm=cell(1,N);%采用细胞结构存储种群2 l* a# ^( ^  a+ Y' L
    for k=1:N( J: j/ J1 i& n) {- ]
        X=zeros(m,n);$ N8 X( q8 b# Y4 o8 _9 s- Q; _0 b
        for j=1:n
    * J- H. g6 {: L( o4 o        for i=1:m+ I4 U' R" J  u$ b# o6 c
                X(i,j)=1+(P(j)-eps)*rand;
    4 G. L  }6 p6 a% o4 P4 _, g& n% |        end
    9 C& ?6 k% C0 A- f    end
    : G" T0 i7 e7 D8 h, Z  r6 N    farm{k}=X;: n; T2 w1 `% T* M; T# ]) l
    end
    : a$ D+ g) T2 S) |
    8 E) n3 i5 ]* m# h# [( a$ Scounter=0;%设置迭代计数器' A1 L9 e' b. a
    while counter
    " d( L. P& T$ W5 _- q( T- J   
    1 z- a( [3 [/ U1 @: q+ B& o. X) y    %第三步:交叉
    $ f( \7 V5 n# A$ \8 t9 y    newfarm=cell(1,N);%交叉产生的新种群存在其中0 B6 B2 W( U! O! a% n( [5 R7 V
        Ser=randperm(N);
    ) m5 Z' |! C1 w( n2 j# X& V    for i=1:2N-1)
    # k3 ~0 ^% N# i% C. F        A=farm{Ser(i)};%父代个体
    0 {( t& l6 j6 p. ]/ e* D        B=farm{Ser(i+1)};$ i" ~1 z) C7 E3 h
            Manner=unidrnd(2);%随机选择交叉方式/ n1 O" N$ I; X0 W3 D
            if Manner==1) ?1 T0 f" j: F2 Y: s7 T: _4 x
                cp=unidrnd(m-1);%随机选择交叉点$ R7 U3 K4 R1 }* x
                %双亲双子单点交叉4 E* K; L+ W8 n; F
                a=[A(1:cp,;B((cp+1):m,];%子代个体
    8 W& e) ~' q& R2 I: o% H7 o% l: C            b=[B(1:cp,;A((cp+1):m,];$ b# O' j6 F3 S5 Z
            else  e, T2 ?2 h' O% _: y4 n
                cp=unidrnd(n-1);%随机选择交叉点
    ! ?% L  X9 R9 I# Z8 m0 v6 V3 y+ t            a=[A(:,1:cp),B(:,(cp+1):n)];%双亲双子单点交叉
    ; O( K5 r$ s" n            b=[B(:,1:cp),A(:,(cp+1):n)];$ {- x& ~( S3 b7 F1 M2 K# J
            end
    , q9 F" y( j. K, |) B$ F+ M! ?' Y        newfarm{i}=a;%交叉后的子代存入newfarm
    4 T0 w/ `/ d9 _0 S4 _3 P, @& N$ L        newfarm{i+1}=b;+ {3 P) H$ {! M6 R, y2 e
        end7 G; I4 ^, ]) h( G* V  e$ f
        %新旧种群合并
    # C  u3 P, c  B% c    FARM=[farm,newfarm];
    7 _3 `$ `! X5 l' e   
    : R8 @$ A1 j3 z    %第四步:选择复制
    0 M. t, |3 l/ G# E  @    FITNESS=zeros(1,2*N);; \) w0 A4 Y! d$ q
        fitness=zeros(1,N);& s# ]& z0 n. }0 O( ~
        plotif=0;+ @4 |+ A) E. W$ j
        for i=12*N)
    $ Q; `% Q$ o" w        X=FARM{i};
    - P; o$ l( i' O7 Y        Z=COST(X,T,P,plotif);%调用计算费用的子函数
    $ k8 ?. O: v8 R, w6 y* q        FITNESS(i)=Z;
    ' N6 ^1 H' q2 p) T$ D    end0 M) w# c; Y. t# w  H8 _  L
        %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
    ) p1 y9 L0 x* [* Y) S+ h/ r    Ser=randperm(2*N);
    " D/ \) O# B- W- G( @: _    for i=1:N7 |4 [4 I! S( f3 f' R& W
            f1=FITNESS(Ser(2*i-1));8 K1 ?9 T! |! ?/ I
            f2=FITNESS(Ser(2*i));/ p$ L( A0 O# T, S8 @4 e# Z* x! k
            if f1<=f2- M; k- c6 s. B/ r0 w/ q
                farm{i}=FARM{Ser(2*i-1)};
    " A* {8 L) R; s- d            fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1));+ O2 U3 \5 g* E; E5 e
            else
    5 l6 s1 W7 T+ d/ j& \. w* w& G            farm{i}=FARM{Ser(2*i)};
    - \2 ~) O! E0 d  F& D  H- Z# t            fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i));; U, i/ y) p3 l- K/ r- I8 v
            end
    0 y! ?0 k# k# b2 m; T# u    end
    2 t* L1 P7 h4 K) Y9 V1 r    %记录最佳个体和收敛曲线
    ( N: `8 b3 k: h6 n4 n0 M/ ~    minfitness=min(fitness)& T* v* Q* m+ `# z: o! `
        meanfitness=mean(fitness)
    - @1 B. f; D) V. ]) A    LC1(counter+1)=minfitness;%收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录1 h% o! f" Q; A; P( R3 W
        LC2(counter+1)=meanfitness;%收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
    0 L' |5 u7 S) j    pos=find(fitness==minfitness);
    # T) L' F% u4 ]& y( B) f! J0 M    Xp=farm{pos(1)};
    8 B$ N% O, \5 G2 i; {' \   * X  E4 k. j! P% h2 j, [
        %第五步:变异
    4 ], F* s" D& A/ l" [1 }& p    for i=1:N
    5 p/ o: r6 Q& p        if Pm>rand;%变异概率为Pm3 Q& y- l7 `) K0 g7 Q, T$ R2 I; C
                X=farm{i};( a( W9 l  H3 A+ x) a* Z
                I=unidrnd(m);3 _: Z; A' X" Q9 x; }, V3 p
                J=unidrnd(n);
    7 \, h) ]  K1 H0 m            X(I,J)=1+(P(J)-eps)*rand;) C, U) k1 ]& x9 I
                farm{i}=X;9 }* f+ B. Y4 x3 k3 ^
            end
    ; j& G9 w& F( }" ~; w. o    end
    " {+ B# c- ~; |+ b    farm{pos(1)}=Xp;
    2 E" U/ p/ O2 w: J5 j/ t% N8 W- F3 A- ?   
    4 t' S  {& y! L1 K0 ?$ L9 b    counter=counter+1
    ( F8 j1 U' `3 Q' q, }end
    4 Y- D  S0 B1 ~) z  d2 E
    ) H; h' r+ n$ b% x5 `2 x/ @%输出结果并绘图
    0 G: C! y' O$ c& {$ @$ E9 @figure(1);
    ! O% \; ?' o" X! k8 \plotif=1;
    ) g  m5 F1 u4 C5 \/ a( LX=Xp;0 ^/ W1 }& I# o3 F
    [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif);4 j& x; p2 s+ k% T0 z; K* a4 D  j8 Y: q
    figure(2);
    , G) c: d9 e& }; }; Cplot(LC1);
    : w0 U+ V  G* y" u1 V8 A2 Cfigure(3);
    . p* ]; k1 ?6 `2 \6 Kplot(LC2);
    ( i7 x5 J6 O/ [# B9 m% f; A: I2 ]) e( F* _6 u: Q- f

    7 {$ M+ w0 |# |" u- e: s) c% o8 ]5 P& o* _* ~, D) d

    , v& B) b/ J" L4 j1 k' }7 s) b  cfunction [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif)
    0 j5 E8 m& O; d5 z%  JSPGA的内联子函数,用于求调度方案的Makespan值/ A% j% w0 F& `3 d& H6 Q, u( n) m% i
    %  输入参数列表
    . T* f+ p1 }2 `. P+ W' C%  X       调度方案的编码矩阵,是一个实数编码的m×n矩阵7 B5 U# U9 m  c! t( V+ t* o
    %  T       m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
    : s+ K7 X3 y5 k6 k%  P       1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目( T8 t1 g9 @* b
    %  plotif  是否绘甘特图的控制参数  i3 G1 v" L8 q1 `% @3 ~4 R. b
    %  输出参数列表3 x; [& R" s" r; I# g
    %  Zp      最优的Makespan值9 i' x2 D) A8 ?4 L9 P
    %  Y1p     最优方案中,各工件各工序的开始时刻- F2 r5 h2 j. Q2 j- F9 y) K
    %  Y2p     最优方案中,各工件各工序的结束时刻
    7 |& B! M. q" B%  Y3p     最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
    8 _& a  O  h. k6 N8 X: t8 p" e+ I; J6 A# k) j! g
    %第一步:变量初始化. q+ z/ h  ]7 f# N% r2 U" a. ^. R5 _
    [m,n]=size(X);
    - h. F% @; k( `Y1p=zeros(m,n);6 V4 E4 {7 j. u+ P( m7 Z
    Y2p=zeros(m,n);- g/ }2 j6 b. F
    Y3p=zeros(m,n);
    0 ~3 U) T' R3 u2 p; l5 g
    3 j- F* E2 S+ ~%第二步:计算第一道工序的安排) L5 ?/ M! r5 H( k
    Q1=zeros(m,1);
    0 R; ?# _! ]. q1 @  ~5 Z3 ?Q2=zeros(m,1);% s& e, J3 P* m! k  d
    R=X(:,1);%取出第一道工序
    $ {/ @! O/ C* T. i- X9 \/ U! 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9 p/ G) O6 z: H: a6 x9 S7 }' R
    %下面计算各工件第一道工序的开始时刻和结束时刻4 w* a* f5 ~$ \& z" t+ M8 q
    for i=1(1)%取出机器编号
    , G) l8 X+ ]# a' w    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 ^- G4 t+ Z1 o3 k/ L1 H) U    lenpos=length(pos);
    # E- T. S7 L" _& O8 X% U    if lenpos>=1# e, j  j0 [" v1 S5 \" h
            Q1(pos(1))=0;( @; Q& P" o# @/ c
            Q2(pos(1))=T(pos(1),1);- B' e7 k( d6 Z& F! V6 Q: s
            if lenpos>=2
    * U0 p# Y# O- G  K            for j=2:lenpos
    ! b- t. r/ R8 s, Y1 r( Q# t, u                Q1(pos(j))=Q2(pos(j-1));
    ; D# h) }% m; F) x5 W8 g6 a                Q2(pos(j))=Q2(pos(j-1))+T(pos(j),1);& x8 g- U5 B2 _. k
                end0 j1 G) h* K3 |8 {9 B+ [- M
            end4 J5 m  E! g3 d& }
        end
    $ Y& r& o& k& N" Iend, {" G9 o4 f7 ^2 Z) [
    Y1p(:,1)=Q1;1 k" i6 s- T/ E( T* R6 u
    Y2p(:,1)=Q2;
    - r2 `2 @% Y: o: l$ @9 u0 _& zY3p(:,1)=Q3;
    , I  x+ l  l# z9 w. h
    8 f- J, V9 C8 a0 ~. g0 \%第三步:计算剩余工序的安排
    : S, ~0 X0 }; h+ b! rfor k=2:n
    ( v7 y' i, O" S/ I+ J9 {0 e    R=X(:,k);%取出第k道工序' `5 o3 m3 s9 k: |- ?
        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
    , S  j& ]: n+ ?- ~% \    %下面计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻
    9 u( J0 j7 l9 [2 Q    for i=1(k)%取出机器编号- V8 a7 u. ?7 E+ X% V3 z
            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% g4 k# ^% ^& k2 L9 [& z
            lenpos=length(pos);
    ) W6 Z: G% \9 \# n0 H: V4 `! V        if lenpos>=10 Q+ w% @( h0 e! ?. n
                POS=zeros(1,lenpos);%上一个工序完成时间由早到晚的排序
    / M6 s4 I" u' B" e. Q            for jj=1:lenpos
    ' ?0 f5 ^% c4 c. j1 j( S  v+ t% |                MinEndTime=min(EndTime);& l$ i% }; v& S. c& J
                    ppp=find(EndTime==MinEndTime);
    6 n' ^. ^: ~2 V3 P                POS(jj)=ppp(1);
    0 O6 n8 Y2 n+ j3 q                EndTime(ppp(1))=Inf;
    & x  e0 o9 y, K' m, K) b5 ^            end           
    + M; s0 |3 g( y8 Z1 n            %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2 H' [3 j4 t0 b# V  R% O7 B5 S- q
                            if lenpos>=2% p' U# ~: X  S2 t) h! ?* p
                    for j=2:lenpos7 G5 j/ k4 S' w7 |3 n4 f
                        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- N' v8 w& }5 D+ U- U9 n
                        if Q1(pos(POS(j)))
    ; S) R9 b$ n& o: }/ b+ {  R                        Q1(pos(POS(j)))=Q2(pos(POS(j-1)));6 g$ h5 O- u+ x# |; @2 |
                        end; v6 m0 @- f" Z
                    end
    9 I6 Y3 R# p2 W' c  r7 E            end
    4 \* D' k& p$ N. @/ J        end
    & T: ]6 |8 c* F7 P: F    end
    # g$ S7 w/ e' }+ f3 X! h  ?    Y1p(:,k)=Q1;4 ]% b- M% b1 O. ~% |( n
        Y2p(:,k)=Q2;: ]# C0 C3 M& q
        Y3p(:,k)=Q3;: i; J% i+ F4 g
    end
    ; l: }. n/ U; R: _  ^, m4 W/ h; k  v% [0 V* P/ L2 h0 c
    %第四步:计算最优的Makespan值
    ) e8 ^; H* S8 EY2m=Y2p(:,n);
    ' d1 v/ Q0 }7 l. |9 t0 m% ^  ?Zp=max(Y2m);
    2 z, z. b" Q1 U, Q! ], f
    6 Y/ u- A1 H" c6 ?5 N  g" O1 G: }%第五步:绘甘特图/ z# e/ b& |( z  I
    if plotif3 t. T) ~2 @1 _( a
        for i=1:m0 o  E+ V7 P" u( `* l# T& f
            for j=1:n* R# r- d# e9 t. N* S
                mPoint1=Y1p(i,j);
    ' p0 H: O3 [* g# u3 ]" U            mPoint2=Y2p(i,j);
    6 T8 ?. V* _3 g; d            mText=m+1-i;4 [# T) `4 d2 c, x- [4 F7 m
                PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText);: V. u, {- W( t) S0 f) ~
                Word=num2str(Y3p(i,j));
    : d2 ^; e4 z; ^/ q            %text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);4 |2 v3 y  ]/ W0 N3 E& z
                hold on
    7 J$ m3 U) q' E4 X            x1=mPoint1;y1=mText-1;
    ! w+ B8 k8 y5 B0 V+ F: N            x2=mPoint2;y2=mText-1;2 o0 [: m5 M$ A! o
                x3=mPoint2;y3=mText;
    ) X5 D% T  u6 A- i            x4=mPoint1;y4=mText;$ C- \3 ?0 q) S$ X
                %fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],'r');
    4 T, s6 {. Z. J9 e  W            fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,0.5,1]);
    1 M4 v& z* L: K6 }3 Z" N5 n& R            text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
    8 w( m; `- l* @3 Y        end% |7 ]/ ~  B4 b, |
        end
    2 x# U; \' B" hend
    $ F2 ~# Y- f* C' o& t- d1 _4 a+ o. V, Z0 Y9 @% s

    1 ~. ^& a; K4 ^9 C5 Rfunction PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText)
    ' a6 n; a( `8 ?. Z. H%  此函数画出小矩形
    * `4 B4 Z! X1 b/ r% T% a( m7 D%  输入:2 E7 t7 F  i& f, I* }
    %  mPoint1    输入点1,较小,横坐标8 {" d, g' `( q
    %  mPoint2    输入点2,较大,横坐标
    # U) I5 W9 N# w3 C9 h( t1 o%  mText      输入的文本,序号,纵坐标
    * V! D" y0 K; fvPoint = zeros(4,2) ;
    $ n/ B' e# I* t. e$ WvPoint(1, = [mPoint1,mText-1];
      L, \; A" R/ v. n" \8 YvPoint(2, = [mPoint2,mText-1];: `4 x  Z& R; j/ P9 m6 c, L
    vPoint(3, = [mPoint1,mText];* l& ?" g" J; [8 u) c
    vPoint(4, = [mPoint2,mText];
    8 v: N4 t  T& x4 I7 k# h7 e& dplot([vPoint(1,1),vPoint(2,1)],[vPoint(1,2),vPoint(2,2)]);5 M; e# B: b, P- m8 N% y2 m
    hold on ;" z  [$ B- E1 n  A; P4 P
    plot([vPoint(1,1),vPoint(3,1)],[vPoint(1,2),vPoint(3,2)]);
    2 h7 {  k* g- I& ^plot([vPoint(2,1),vPoint(4,1)],[vPoint(2,2),vPoint(4,2)]);, O5 ~8 p9 m! e/ @1 E: \+ w# l+ ?
    plot([vPoint(3,1),vPoint(4,1)],[vPoint(3,2),vPoint(4,2)]);% @/ I2 Q$ [) n0 Y9 N

    ( V3 O, {8 l  s7 n0 g+ l4 c; o
    + z4 @5 S; x5 w- p8 E7 @! _+ d已投稿到: 排行榜 圈子 阅读(39)|评论(0)|收藏(0)|打印|举报 9 U/ E0 t; M" I. _9 C/ K; `2 a7 @
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