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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 ; G: S- X3 |7 Y# k! u* ~
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。 9 f+ N: k) w6 K3 z2 @! P7 U* }
function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p,Xp,LC1,LC2]=JSPGA(M,N,Pm,T,P)
: [( \$ u: }0 |- X. Y%--------------------------------------------------------------------------
/ R1 {0 o* @1 H, V% JSPGA.m
! M3 O8 l, { |; X% 车间作业调度问题遗传算法
' t7 r, Q/ E7 y0 J2 v%--------------------------------------------------------------------------
' ?$ u" F" e" u2 w+ V& v% 输入参数列表6 l( |: F! a; [% U }
% M 遗传进化迭代次数
" w- {: {% k% Q Y% N 种群规模(取偶数)
' E2 ~' U ~/ @( e m% Pm 变异概率
2 |) F; a& g! |3 ^2 T% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
' H6 s6 Q, p3 w; `5 L6 E% P 1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目! {/ H3 }, B8 W
% 输出参数列表
7 m- L# ]9 o7 t1 e% Zp 最优的Makespan值, w+ _2 o- e& f" G$ U
% 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$ D0 c5 }3 ?3 Z' R6 H) m
% 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( r5 H f( d+ F# h5 W" W
% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号# d Z+ L" A' E* u: y) d6 u# N
% 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% x `2 `5 ~& G6 \( ^3 u
% LC1 收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录
3 t* |+ C$ \$ o% C% LC2 收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录3 d- q" L [+ N+ s# l t/ f: L
% 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)& l8 S' Q. N9 ?0 Z# C# F
. q7 v9 D; r0 @( O7 J%第一步:变量初始化
" ?5 A2 b! x) Z! d* I9 T8 K3 O! D5 w# I[m,n]=size(T);%m是总工件数,n是总工序数
& x( Z1 ]" i4 q5 f! f9 W {/ ?Xp=zeros(m,n);%最优决策变量
" ]5 \! m2 K& X* S+ \LC1=zeros(1,M);%收敛曲线11 ?& q/ Z1 i6 x1 \4 b/ [) u- d8 ^+ d4 t2 e
LC2=zeros(1,N);%收敛曲线2' M# `: j1 V C# f$ [# A
O* N( B' e: h2 v; h
%第二步:随机产生初始种群
+ T' p0 E! D$ bfarm=cell(1,N);%采用细胞结构存储种群4 U# G% m3 I X; W- F; ~
for k=1:N
" `, X( s( @+ ^- A* ` X=zeros(m,n);
' g0 y' k% Q. M$ ?( P9 ]" e" B: | for j=1:n0 [' \/ V6 e2 J, l0 g/ W' {! F
for i=1:m
) E" \5 q0 ~& K Y' }! N5 H8 ] X(i,j)=1+(P(j)-eps)*rand;
& t X8 `, d5 C) {6 L end5 z6 d8 n% ]$ X2 W- p* @1 T3 z- A
end' Z# v, b( u$ i: G$ R
farm{k}=X;0 Q# J; H8 k# N; Q9 z
end
, C- k4 [) [( U, y
; F8 P* N s' [$ y% N$ q* jcounter=0;%设置迭代计数器
9 d6 u2 A% g+ ^# a* x$ R. T; Fwhile counter
1 A( ~& b. p$ d6 N0 [
2 j/ }" Q0 \, p& n6 j, P %第三步:交叉( {7 x( g" Z6 |8 E! w
newfarm=cell(1,N);%交叉产生的新种群存在其中
# A3 }$ }; I" y4 K Ser=randperm(N);; Q5 ^6 a# G. o" j4 `
for i=1:2 N-1)9 d( Y6 d" u! v3 [
A=farm{Ser(i)};%父代个体 ?4 h& |7 M) A; ~# m: L
B=farm{Ser(i+1)};% Q ^) ]3 S0 Y) G" H
Manner=unidrnd(2);%随机选择交叉方式& \1 p" @* n8 m
if Manner==16 `2 N/ {/ ]: q- {2 u
cp=unidrnd(m-1);%随机选择交叉点
9 |$ j, h2 m. o' y8 ? %双亲双子单点交叉
7 {, C! k* U# N% _7 t( s* a a=[A(1:cp, ;B((cp+1):m, ];%子代个体3 P4 d* |/ ~1 ~$ {/ d4 `2 ~5 E
b=[B(1:cp, ;A((cp+1):m, ];/ M1 A: H* B8 A' _# i$ J. }
else
4 {5 |3 r5 [) h ~( M cp=unidrnd(n-1);%随机选择交叉点
' [' x2 e+ g# P6 S: { a=[A(:,1:cp),B(:,(cp+1):n)];%双亲双子单点交叉: j' t, j1 P) K7 O' d T! q6 V4 p
b=[B(:,1:cp),A(:,(cp+1):n)];
2 Z# Q# q C6 ?& h1 B' ^8 W# I end
B: P# v. y( E9 v0 @1 P newfarm{i}=a;%交叉后的子代存入newfarm! T' C9 u f& U5 l5 N8 s
newfarm{i+1}=b;8 _" R, C9 S$ Y; h# J
end
$ f6 R, M% ^4 r7 T1 B @& W, _ %新旧种群合并6 N# \, _+ B4 _& P3 N; v
FARM=[farm,newfarm];
9 ~! G& ~+ v6 J
: r& Z1 V9 o* \5 T %第四步:选择复制 _ T h) P9 ^+ j
FITNESS=zeros(1,2*N); P3 a+ l5 `% o& |
fitness=zeros(1,N);6 {8 e, g9 W2 s
plotif=0;7 z4 Z4 Q. a. O: Q' g; w! I& z
for i=1 2*N)
" X# N+ g) @) L0 s+ y9 O- w X=FARM{i};& u4 ~4 v% B2 F2 |$ }+ e& C5 T, s
Z=COST(X,T,P,plotif);%调用计算费用的子函数
0 I) N: r3 P2 m- u" m FITNESS(i)=Z;# w6 K. [* I5 p' i4 M( |2 H
end7 R% Y8 g. j. |
%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 y' A" b# t- b* K/ T) \
Ser=randperm(2*N);
2 x, V& k$ @/ {9 q+ | for i=1:N
% [; V& E0 C6 v* H% P f1=FITNESS(Ser(2*i-1));
+ z, q$ H$ i' {( L4 M6 U# \ f2=FITNESS(Ser(2*i));+ L, e+ f( d% f# @; ], v5 Q2 r
if f1<=f2
. u7 s* e; W! m/ F5 u farm{i}=FARM{Ser(2*i-1)};# b3 z' V6 z2 ~( u0 a0 w+ H9 ]
fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1));- l6 j! m( Q @6 x$ [/ d
else
0 w( i* t5 V3 a$ d5 V: N$ L, ? farm{i}=FARM{Ser(2*i)};
% U# _+ _. M, M, W, X& O) m fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i));7 V& u8 ?& f) I- P+ T
end
# K% f3 H/ C: }2 R. i, F, r end
& Q1 R" Z7 R, g x' b %记录最佳个体和收敛曲线& |! p' `7 }" M
minfitness=min(fitness)
- _; g4 _/ I) k1 w, k: m meanfitness=mean(fitness)
5 K8 h* ~+ O4 D P. S' f3 D0 p7 t LC1(counter+1)=minfitness;%收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录' U; p7 O' X: K W
LC2(counter+1)=meanfitness;%收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
" X9 ~/ M7 d/ r+ S+ t5 N pos=find(fitness==minfitness);+ f& D% T' V# g2 \
Xp=farm{pos(1)};+ T- X/ V; R3 B4 z5 K' T7 ]
6 k* i( S7 I* ?( b7 c' D %第五步:变异
1 M5 v+ Z3 o4 j/ @0 z for i=1:N
) B3 k( A* [# y% K) }1 o9 ^' r if Pm>rand;%变异概率为Pm. R0 E% Q4 R# Q D$ u
X=farm{i};6 u; P6 |8 |( l+ N
I=unidrnd(m);# m/ O# G4 m3 i, p. ]
J=unidrnd(n);
. Z0 h7 K- R) G5 A' P X(I,J)=1+(P(J)-eps)*rand;
9 H) ]8 v& }+ L farm{i}=X;3 q7 v% O0 @9 a
end+ V4 V( }" J9 |& S$ Q
end1 f; N& L, t1 F
farm{pos(1)}=Xp;. d( Y; h! b- Q6 A) [- [# I
0 d7 l0 U2 H; x
counter=counter+1+ a' l0 s; Q$ Z7 o* K5 r+ `% Z
end
* X7 V7 S& T6 l5 p- U8 h9 d& }7 ]6 Y2 t- a2 A+ H8 p: k5 p) ~
%输出结果并绘图0 J) h0 v0 e, Q. |
figure(1);
/ {2 k1 O( P5 s* r2 J t qplotif=1;
5 c6 A4 u7 `4 eX=Xp;
2 u0 s# Y Y* b' T& z[Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif);; I( g4 a% o- E' s; R$ E
figure(2);
3 n0 ^5 N" W& L2 r' c7 Pplot(LC1);
& x1 p( u2 q* g5 Lfigure(3);
. ?) ?: ^ o6 m/ V5 Mplot(LC2);
u; x. Y, y2 V, ]9 u! o5 b p
4 L) `% |8 B2 _$ e# Z. K- b" k$ E 2 P: m: E E) h! F* h! g
) V' u4 a7 t' T
1 K9 b7 X! M6 N& v1 J5 T
function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif)6 t% R# |2 p: N; }% A: M, y/ B
% JSPGA的内联子函数,用于求调度方案的Makespan值
$ ]# W& n/ Y/ ^) s Z- u% 输入参数列表- c/ ], Y1 N1 ~; [+ {! X
% X 调度方案的编码矩阵,是一个实数编码的m×n矩阵2 U/ b J- b+ q* L5 @# z
% T m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间. R$ k6 \; L* J
% P 1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目( X0 D: p9 ?# g2 v0 [% |
% plotif 是否绘甘特图的控制参数
3 [! Z& H% H" G% 输出参数列表
1 G4 B" j" |' `# b% Zp 最优的Makespan值
" D5 B, X% d& }) H+ B% Y1p 最优方案中,各工件各工序的开始时刻
% n' O& d- l$ L ^% Y2p 最优方案中,各工件各工序的结束时刻7 V* e9 d# z. d% V7 k3 j
% Y3p 最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
. q- J) s6 w6 E! X8 w5 U4 x; z3 ~( {7 f' u5 b+ v
%第一步:变量初始化" ~, A8 @% y1 l6 j x
[m,n]=size(X);. ]: V( Q7 I3 @- O5 x. S
Y1p=zeros(m,n);/ J% s6 X( T8 ?- l
Y2p=zeros(m,n);
\3 n2 ~- h* r. l7 [" h& T6 a0 _Y3p=zeros(m,n);
. w" d' x6 L$ f% e d
9 s/ o( y8 F- Q1 ^) u%第二步:计算第一道工序的安排
6 o* _5 c/ i* S/ P& n- M+ qQ1=zeros(m,1);
+ @, O1 m5 x$ }Q2=zeros(m,1);$ Z7 N; {: G( ]
R=X(:,1);%取出第一道工序0 I# p) G4 K6 i
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: a& a% s3 P5 y! J) r0 D J$ v
%下面计算各工件第一道工序的开始时刻和结束时刻" O: m' q) q: k+ d4 X
for i=1 (1)%取出机器编号$ x: t ^/ N! v# L! I/ d
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$ _+ T0 b9 Y4 v$ |6 z
lenpos=length(pos);
/ G6 U5 `5 q8 V4 G if lenpos>=1
9 R3 s0 l" R7 t' R% K Q1(pos(1))=0;
$ z* I/ F1 y7 k* C Q2(pos(1))=T(pos(1),1);$ U8 Q) q# ]. O0 o+ |7 e: l
if lenpos>=2
! f& z$ C% Z W" H. s for j=2:lenpos
6 o* ^6 w/ _% U! ^8 _1 l Q1(pos(j))=Q2(pos(j-1));
- ?2 I5 |( l. e) j) J0 W3 N6 H Q2(pos(j))=Q2(pos(j-1))+T(pos(j),1);
& t4 u3 p$ m# S end9 S( e5 b& r) b/ n* l; E1 |
end
1 E9 @& R& o- A4 i! {+ T3 C end
4 C3 a1 v3 Y, I6 N2 N* Qend
5 O/ R/ X5 }( f& p7 j. t5 yY1p(:,1)=Q1;% l! o& {$ R" C6 v
Y2p(:,1)=Q2;
2 Y+ s; O7 H" }% `$ W) P+ m& wY3p(:,1)=Q3;
7 W' |3 S9 Y1 q$ f0 E1 e
5 f0 K! m0 V% z; i( E. g%第三步:计算剩余工序的安排
; s& r4 r* `( a6 _( bfor k=2:n" l o/ F' p- e
R=X(:,k);%取出第k道工序/ ~5 X- L2 h' s9 R6 X0 _' `
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% k/ v' C/ h% m' |5 |) E
%下面计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻) s% f( w7 u) p4 Z q# R# r! z/ E
for i=1 (k)%取出机器编号: T. f+ z: f! l4 q1 ~
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
" \' f' H( o4 f lenpos=length(pos);7 o; O1 m. t+ H! k2 J9 X3 z
if lenpos>=1, K, H! z! V. U( H4 }5 o$ f) o
POS=zeros(1,lenpos);%上一个工序完成时间由早到晚的排序- v4 f' H& }9 _' j( L1 @+ {6 J+ n
for jj=1:lenpos2 k, X- S, H& I, s" W
MinEndTime=min(EndTime);+ Y, E9 O+ H& h% o
ppp=find(EndTime==MinEndTime);* C/ M0 f5 a( n& \% i
POS(jj)=ppp(1);. k% j( R) M4 n& G2 U
EndTime(ppp(1))=Inf;
3 c# _$ _7 t% S6 y1 h end
+ ^3 U% T1 R1 |) K3 o/ i0 }7 \. { %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
# L" _( y0 x; A* ] if lenpos>=2) G; Z& T( P0 j% w3 p* j+ z1 O
for j=2:lenpos$ X' Z: J. }% Q; N: f1 O: X: b
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 t- J3 @+ F. n0 L8 \
if Q1(pos(POS(j)))+ E3 j: Z) z; E4 S% ]( {
Q1(pos(POS(j)))=Q2(pos(POS(j-1)));6 d9 s$ w S; Z* y! J
end- k* v3 L. ]$ o
end
2 P& I: g6 U) Q; [ end
, d3 }9 w1 A. j) c# ?" d$ L( E' | end3 L6 O' _1 F( o# T7 t& d! e
end
% ~' e# X3 m, G& ]1 ]( }+ ^- \ Y1p(:,k)=Q1;. |& l+ j( T; s, C2 J0 H) O
Y2p(:,k)=Q2;1 M( R$ l! a) i* E0 S
Y3p(:,k)=Q3;
. _ F6 J0 c5 r0 `0 J1 h1 {end
$ O: `4 ^, b" j: Y- ~, f2 k! k5 K/ j4 P" M. J1 b
%第四步:计算最优的Makespan值; L( T" Y8 s' [5 C U! o" S
Y2m=Y2p(:,n);
( h$ f6 Q/ I8 k9 |2 o7 |: @0 HZp=max(Y2m);
" g) ~% G- C2 ~# W* E( l6 D# K9 _. e9 u# H; O
%第五步:绘甘特图
8 E- P4 O6 M/ R9 pif plotif
" {) j) c* q2 K8 A+ ]4 N1 P for i=1:m8 N' p2 h( V0 t% j3 i
for j=1:n
, t: l9 a! L& Q) l mPoint1=Y1p(i,j);. J' B# j l2 A7 @9 ^3 t$ N
mPoint2=Y2p(i,j);
+ |1 y# a6 J A/ X8 \2 e mText=m+1-i;* t/ S" ?% E) ~
PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText);
l. q1 s$ w8 o1 y/ U/ r3 s4 h+ o Word=num2str(Y3p(i,j));8 `( v0 c- b+ o& [$ m
%text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
7 b/ A, Q% c, _/ @4 E7 x R hold on& Z; _$ u) @: k7 ^: n/ c! R
x1=mPoint1;y1=mText-1;2 X7 W$ ]0 s6 G# a, H
x2=mPoint2;y2=mText-1; D5 g1 E4 ?) E; {
x3=mPoint2;y3=mText;0 O$ c: X! b- N5 p8 g$ W9 [ V
x4=mPoint1;y4=mText;
# ~$ p4 m$ [2 M8 ?, O. c %fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],'r');) \+ c0 T9 |4 V2 }- t0 N
fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,0.5,1]);
& s+ S8 x+ H" \( D. _ text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);+ {2 t2 c' j; p
end8 |2 I* O7 K# p* ?, {) T
end
1 C' F, w7 b& `2 X# V+ e3 aend
: w! `4 e, \7 J1 C
: L4 [; Y8 v2 a$ w1 ^) D: L1 D0 A8 B% U9 |
function PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText), @' o1 \& \. r+ C
% 此函数画出小矩形5 e7 l& N% H6 `; ]$ D
% 输入:8 A8 ` I' m' m: @7 X; I
% mPoint1 输入点1,较小,横坐标7 t$ O0 {: X# V4 U! k0 w
% mPoint2 输入点2,较大,横坐标
4 t2 d1 L8 v5 u! @3 f, m0 K% mText 输入的文本,序号,纵坐标
+ @6 i$ z z' M6 t3 ~/ y CvPoint = zeros(4,2) ;1 l% F* K" s" V# v" k
vPoint(1, = [mPoint1,mText-1];
S0 H3 R) o* o4 L4 YvPoint(2, = [mPoint2,mText-1];
- Y2 R' t4 J) {0 n% c3 pvPoint(3, = [mPoint1,mText];
- `- V3 z3 G0 ]6 f: [1 |& ^vPoint(4, = [mPoint2,mText];
" _, C* U4 a. m* r* _" ^9 ], Qplot([vPoint(1,1),vPoint(2,1)],[vPoint(1,2),vPoint(2,2)]);! F) G0 V$ u* J& y# q6 x j! P) i
hold on ;* S& t. g, x" o: C9 x1 i
plot([vPoint(1,1),vPoint(3,1)],[vPoint(1,2),vPoint(3,2)]);
! s0 B: V5 \" U9 L% Iplot([vPoint(2,1),vPoint(4,1)],[vPoint(2,2),vPoint(4,2)]);
`9 R' [" r& \/ E& Y* }6 M' O$ Pplot([vPoint(3,1),vPoint(4,1)],[vPoint(3,2),vPoint(4,2)]);
2 |) H Z: T, }' `( K% M) G. i1 z1 ]/ q
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