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[求助]车间调度的遗传算法

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群组建模联盟

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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 k0 z# l  U7 I/ v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。
& ]; |$ O$ _; Y2 H; dfunction [Zp,Y1p,Y2p,Y3p,Xp,LC1,LC2]=JSPGA(M,N,Pm,T,P)5 T7 D5 m" z# r9 D  R- S7 J# R
%--------------------------------------------------------------------------) C) A: W7 z9 {0 P# M
%  JSPGA.m
$ [- a: z/ H2 g%  车间作业调度问题遗传算法; T8 `( V( B7 e' P+ V; o+ _7 ~
%--------------------------------------------------------------------------
. ?7 i( R% Z* z%  输入参数列表
8 ~& Q0 q: s1 R% ]: I4 S# r%  M       遗传进化迭代次数! d' `: g, o3 a. H3 t  i
%  N       种群规模(取偶数)
; G0 X* @$ `7 p2 v! t& B%  Pm      变异概率5 ]2 b/ W) W' E: {+ M7 J6 m
%  T       m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间' `; v/ L; K2 w8 v4 {
%  P       1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目  A5 q( J- j( f9 K
%  输出参数列表( q1 v" s4 K9 J$ x" z
%  Zp      最优的Makespan值/ e  b) B' m0 N$ v1 K
%  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% \7 c6 g& q( q8 B* J% P9 l
%  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, h! b7 T7 C# m
%  Y3p     最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
8 Z& z$ Y6 t+ l0 v% h! P' w%  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2 Z8 D0 U: w" l
%  LC1     收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录
7 f5 }3 t8 j6 s. ]* g3 L* g%  LC2     收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
! E6 ~6 A; m) |9 @# \" c%  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)
; k9 Y% l8 t, y8 A
9 N8 s, {( y& j' I0 i%第一步:变量初始化
% C, u- t5 o$ A[m,n]=size(T);%m是总工件数,n是总工序数# a) g: X' {0 L0 Y) B# u) F; \
Xp=zeros(m,n);%最优决策变量
* H5 J1 f" c9 y' BLC1=zeros(1,M);%收敛曲线1& A0 N7 S: d* l' Q& {& _1 ^
LC2=zeros(1,N);%收敛曲线2# q- B# z. I9 N/ ]" F/ j( N
5 F& _3 w) Q) C  n% m3 V% Z
%第二步:随机产生初始种群% Y2 p" v/ i) C( \9 ^& ~# \
farm=cell(1,N);%采用细胞结构存储种群, `: E3 {9 z8 n, n4 B+ S2 W4 F
for k=1:N* f) A1 F6 M: i& e8 u' U1 m
    X=zeros(m,n);
, E1 @3 P5 h- n9 j4 M$ ~    for j=1:n
6 r9 o# M! z) u3 w. A( {3 G0 s        for i=1:m
& @( N9 D+ z$ g5 J: ~7 |            X(i,j)=1+(P(j)-eps)*rand;& B$ D# P2 e; r! S5 Q
        end
* m# U. P% }8 C! O/ B7 V! k1 J    end
' [: o8 \, K0 p    farm{k}=X;
; }3 y, b1 ]- \2 Y' O. Zend
5 _6 h  I  e8 E8 c
1 C2 }- e' N3 ~6 d# f" F, bcounter=0;%设置迭代计数器) [' e; Y" ^% ^
while counter
0 U- y( k: l! s: w0 u2 U& |   . {" ^$ X' D8 [4 a/ x% e) K
    %第三步:交叉0 F4 e8 _0 S; ]8 o9 ^4 @! Y$ S
    newfarm=cell(1,N);%交叉产生的新种群存在其中
/ N" c& F7 [# a) U- S/ Z    Ser=randperm(N);
, r( A4 w1 c( M, o    for i=1:2N-1)! [! L5 M) X5 G! m# x3 H* H
        A=farm{Ser(i)};%父代个体" l9 h5 I9 n# i  Q% r* N1 e
        B=farm{Ser(i+1)};9 N, V. A+ F! `. V/ N
        Manner=unidrnd(2);%随机选择交叉方式# p+ p; m7 ~# O1 F, X
        if Manner==1- E/ V# f" V/ \& x9 a
            cp=unidrnd(m-1);%随机选择交叉点/ [# M6 e- n" z! w* _
            %双亲双子单点交叉6 A! s9 J, M; }: ~5 p$ B% K" L
            a=[A(1:cp,;B((cp+1):m,];%子代个体3 Y8 ]- l+ c/ G0 X! L. p; H) G
            b=[B(1:cp,;A((cp+1):m,];- P* i2 n$ |! L5 v$ i" V3 h
        else
* |- a1 Z+ D7 ]            cp=unidrnd(n-1);%随机选择交叉点1 C$ k( u" _, X" c* @; M2 V
            a=[A(:,1:cp),B(:,(cp+1):n)];%双亲双子单点交叉- B0 g3 h( D3 K! V
            b=[B(:,1:cp),A(:,(cp+1):n)];8 |% }; [5 |8 i, ]
        end
9 i- f1 j  C3 e/ P( |- e1 N/ s  I0 x7 n        newfarm{i}=a;%交叉后的子代存入newfarm2 ?! f( Y: j+ ?; y, j
        newfarm{i+1}=b;
# \6 o; z% t4 I    end
; @3 L9 _1 Z' @- K8 @    %新旧种群合并
  u+ ]: v+ r: J# u, \    FARM=[farm,newfarm];
7 P# ?( R' y1 z: l   
' L  G( L. C/ m5 u' [    %第四步:选择复制
3 Y: n: i* h6 G0 e/ |    FITNESS=zeros(1,2*N);# x  U- `* \& Y5 t3 r) I/ j, F, H
    fitness=zeros(1,N);
/ Z" P5 i. j* s; z1 Z* p    plotif=0;
$ w+ s( C; k. t  L' S# d. p' y4 M    for i=12*N)8 a1 h6 T2 I4 U; ^9 s
        X=FARM{i};! K! g; Z; Q" f
        Z=COST(X,T,P,plotif);%调用计算费用的子函数
: V: B& E- g4 {) b        FITNESS(i)=Z;: w6 H' Y4 h2 W- i- z& z& ]
    end
  e. n6 s0 `' @& a3 m    %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
3 F2 r2 L2 O4 R% }# T0 r3 s    Ser=randperm(2*N);, q+ O* b' i8 a# t, L
    for i=1:N
: _& g: u' |# w        f1=FITNESS(Ser(2*i-1));0 F# c  ~$ L. N- m4 d* n" z
        f2=FITNESS(Ser(2*i));" c. P$ W2 R* h- W) z* E
        if f1<=f2- P& A1 H* N, n0 m7 S
            farm{i}=FARM{Ser(2*i-1)};
0 f# ], f) K) p5 @/ O7 A2 m            fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1));. ~, b4 _- \7 J) x; q+ m% g1 ~) m
        else/ U+ {& f* x1 d% A
            farm{i}=FARM{Ser(2*i)};7 K/ u7 J% F; e) v  a
            fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i));
- s8 o9 }8 F, U        end
: i' j2 R( h( B% J/ `( W, {+ K    end1 k8 n5 w, I/ }' @
    %记录最佳个体和收敛曲线6 e5 J  A5 W% `* G& w3 K( A& T. x
    minfitness=min(fitness)
2 ^% q+ l% U5 L    meanfitness=mean(fitness)
) M( H* Y; p8 F2 K3 C    LC1(counter+1)=minfitness;%收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录
( ^1 c$ [1 n. P; q1 K$ Y/ j  k    LC2(counter+1)=meanfitness;%收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录3 O: [$ a; g! @( W
    pos=find(fitness==minfitness);) t5 D9 }7 P4 a2 U: c1 R
    Xp=farm{pos(1)};) j0 R0 u3 r- o5 u3 s
   9 y+ ^! s' K% k' u4 ~
    %第五步:变异& w! n9 g2 U% X$ o2 n" x
    for i=1:N
+ H; x) _/ Q" Y' y8 u' _        if Pm>rand;%变异概率为Pm3 [- D- z; C7 F, X
            X=farm{i};0 X+ o; M# V8 a) h
            I=unidrnd(m);
% X3 N( D9 U7 y+ [            J=unidrnd(n);, m6 n  ]- G$ k4 l! @$ d5 J" s. r7 ]" C' L
            X(I,J)=1+(P(J)-eps)*rand;) @5 O5 g  T9 ?
            farm{i}=X;8 [  q. i4 y! F% I* c, \* ~; h
        end
( X+ N& Q7 B. k: v$ Y) r    end) E/ k* r: [6 S& s5 ~6 F
    farm{pos(1)}=Xp;
  @: |( H# |) c# J: B9 V6 Q   
. U' Y" B2 Q% m0 I( c( V7 ^3 i    counter=counter+1
& _$ D6 q7 u) Y+ ~& fend  D7 r3 X, G. I+ |) S, n0 P
! P2 s/ X, `  A* l
%输出结果并绘图4 y- \# V6 e( Q% I3 b8 W
figure(1);
: [, v( F5 s: \5 Aplotif=1;# m! T' I  d. v2 w; a* C4 \
X=Xp;
2 k+ }$ p2 W- G8 d$ b/ l& d( e[Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif);- M% g+ V' y7 I8 U) s. [9 ?  W
figure(2);
% `# r5 j# M- D) L: \plot(LC1);
: A* }3 z- L9 j9 f, @, B+ |  D( yfigure(3);3 p2 w) \% _% g- ~/ c* T+ c
plot(LC2);" y2 F- D0 a8 F  Y2 e, r" Y
3 N6 v7 [; {8 |& k" c
, C& R7 P: N* M

+ ^$ B8 Z, J" o& P' P& E
+ t! C+ ^. u+ `function [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif)
# x# Z8 r, Y% r. P. F# |%  JSPGA的内联子函数,用于求调度方案的Makespan值
% ^8 r6 Z  F. M( \, |% M) `: U$ J%  输入参数列表
/ p' d; a9 t4 ~' K%  X       调度方案的编码矩阵,是一个实数编码的m×n矩阵
, f8 j8 |0 a2 h6 \%  T       m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
1 `; u2 x5 M1 D+ z. F. b%  P       1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目
1 t3 ]1 X6 X# K- {$ h! Z8 C) D%  plotif  是否绘甘特图的控制参数5 a5 Y8 B' i2 Q* k" {" r2 n, m
%  输出参数列表4 M% S: c. l7 U7 B5 S. C5 i4 }2 @
%  Zp      最优的Makespan值/ X4 @1 z4 Y; k; l6 ^/ Y. ~
%  Y1p     最优方案中,各工件各工序的开始时刻3 h5 ?1 g9 [" x) X& [
%  Y2p     最优方案中,各工件各工序的结束时刻/ P  F5 f' ]# A3 X
%  Y3p     最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
5 j+ R. {; v6 p) ^0 M, J" _
0 f5 f" }8 q8 _' h5 k+ b3 [%第一步:变量初始化# J5 s) b6 X+ }) ~- ~  z
[m,n]=size(X);
9 `$ ~! i) w3 x& i! s2 vY1p=zeros(m,n);; L. r0 B% u3 ~
Y2p=zeros(m,n);/ J: B/ x' M' e6 r8 Q6 d: z
Y3p=zeros(m,n);
4 A9 N# `, f# f' p5 A# c$ H
% j& l% x' P, k1 h- S%第二步:计算第一道工序的安排
: w/ E2 `. k* A% i! o4 p. W& {Q1=zeros(m,1);  i; S' c+ u9 y; `. Y0 F
Q2=zeros(m,1);3 O8 _3 X5 b- t0 E  o$ N$ E
R=X(:,1);%取出第一道工序
8 j% |/ e7 o$ J1 PQ3=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0 G3 |, u: e: K. i1 e
%下面计算各工件第一道工序的开始时刻和结束时刻
* C. a; i4 c5 Q% nfor i=1(1)%取出机器编号# L# b6 {; G# f2 _- @
    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 ~4 j0 U$ z1 O- X
    lenpos=length(pos);
' q3 g: r; _' ?, i: n' B! J! e: v) [    if lenpos>=1
( Q* k) r5 X/ x        Q1(pos(1))=0;
# i. ]* k: v- r, p+ g' w  \0 h        Q2(pos(1))=T(pos(1),1);
, Q) H0 S0 k  q# [5 e* X  ?! U        if lenpos>=2
" w# G" C& t' l! `! P3 |            for j=2:lenpos9 G4 ]6 v2 e" s; m1 x  l8 m
                Q1(pos(j))=Q2(pos(j-1));. g) }% Z, v$ s7 Y' t% V) s
                Q2(pos(j))=Q2(pos(j-1))+T(pos(j),1);
  F9 v/ p/ l  I            end& o( ]3 Z. Z& F2 `/ g- J2 Q, h# l
        end2 _1 i; F4 }  C4 N
    end
9 y1 v; p8 {" l0 Jend$ r' ?6 A' {  o$ S+ i2 Z1 ~
Y1p(:,1)=Q1;4 O: n/ E' Q! L  r9 g
Y2p(:,1)=Q2;
$ Z  B  |! |" o' D3 ]8 BY3p(:,1)=Q3;! j/ H& @% J% V, ^" q9 ~
* D+ T( N* A* _6 k) J* e! `
%第三步:计算剩余工序的安排
2 ~7 b( R; _% Cfor k=2:n
+ Q/ p: v$ [1 f! e( H3 E    R=X(:,k);%取出第k道工序- f# q% t$ j! S1 {+ `7 o
    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( {, {  w: X0 f
    %下面计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻
1 V; u% x% K9 v' A  H% w* M    for i=1(k)%取出机器编号$ N2 s9 U; {( F- o
        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4 s2 C( B/ R4 Y! p' W
        lenpos=length(pos);8 c% \: ?0 F+ O2 V9 _5 d& J+ I
        if lenpos>=1% {/ m9 `( T+ W- y( M6 ]
            POS=zeros(1,lenpos);%上一个工序完成时间由早到晚的排序! d  ~! s& c$ y( c0 K
            for jj=1:lenpos
7 x: u; X3 I5 F+ \/ p                MinEndTime=min(EndTime);' Z$ O) w$ K4 Z. a+ ^4 d3 ]5 z
                ppp=find(EndTime==MinEndTime);( K4 D7 G# t  U+ N9 w7 c
                POS(jj)=ppp(1);0 Y9 d+ j* \% Y7 z
                EndTime(ppp(1))=Inf;
& b, n; ^; [1 N9 s( w! z            end           
+ f- o8 K0 V9 j; n+ X1 I; l7 J            %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
, A8 a+ A. h: B                        if lenpos>=2
( E% ]# Z$ ]) W* ]1 S/ k                for j=2:lenpos
% N' u7 j9 u% q$ H) y                    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
! H" Y3 f+ \6 G& i( c0 a, ^* G                    if Q1(pos(POS(j))): M, u6 p8 |+ ?8 {
                        Q1(pos(POS(j)))=Q2(pos(POS(j-1)));
4 T8 }6 B) G$ v                    end4 y* B( D7 l1 T  U7 e
                end
6 M, T9 I5 c9 S( d            end  J% C& N9 X( Z2 f- I4 M
        end( k! [; y7 r3 f% k: k
    end
0 f2 i2 t, B  h4 k" F; g: P6 M    Y1p(:,k)=Q1;
. r2 i/ }. b) z# }, t4 b    Y2p(:,k)=Q2;
6 N. |$ `0 `! P, e# Q    Y3p(:,k)=Q3;' l5 g; ?& v# H- |% s2 k& n2 H3 G8 Z
end- _  j; P; V6 t' S, z! z
2 I  s$ a1 F4 S; r; M
%第四步:计算最优的Makespan值5 f$ i% ~1 N  i
Y2m=Y2p(:,n);
; I2 c- k5 Q4 {% a& R" y3 G' k  [Zp=max(Y2m);  U) |$ h) ~, R, P% g# H; ~4 i& Q
, H$ e& u* `& e0 j8 C2 G( c
%第五步:绘甘特图: o7 N4 J/ u9 |9 m+ z8 K" \
if plotif
: E; D! I5 H  V. V- ?& c, a    for i=1:m
* o4 @: p& H, V0 ]& ~        for j=1:n- Y9 p3 t' }+ K6 ?* U
            mPoint1=Y1p(i,j);. k0 B0 x& x: M; R; L
            mPoint2=Y2p(i,j);
+ x+ y6 k, {( A3 ~4 {, A+ j            mText=m+1-i;& n$ b# E! [) D1 c7 S7 @0 [! S
            PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText);& c8 f  |$ q! F+ D# j
            Word=num2str(Y3p(i,j));
+ t: j# ?8 N- O, Y            %text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);, h& D6 h4 w3 u- r
            hold on
  O, n5 R9 B& }. K+ E; A( \' A            x1=mPoint1;y1=mText-1;8 ^- v- ^; b( Z7 |; M2 r, G- G: N
            x2=mPoint2;y2=mText-1;
5 I+ T) }/ }; K( B* y. y            x3=mPoint2;y3=mText;
5 h/ k5 B' v8 U+ a            x4=mPoint1;y4=mText;  p7 z6 Q6 p! G3 n3 b
            %fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],'r');
* }% _  {. V+ f4 i; I. u" j            fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,0.5,1]);: E. a( e% ?9 Z  ]! v$ L- P
            text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);
- [4 T, E5 t1 s2 U, |/ r        end, d" @- s  {$ l
    end& }/ G! q) Q% x  W
end
! S& Y) z/ S! P5 }" Z% U, z! \, I8 X1 G" a4 u$ ^$ k  F8 o# v0 H

2 m+ m1 a" D: ^$ y: wfunction PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText)! l" s/ a* l( _
%  此函数画出小矩形
$ x: O5 T+ G! q$ F& k4 ~3 a%  输入:
$ d7 f; s2 [( G0 U( o%  mPoint1    输入点1,较小,横坐标
9 x" g6 S/ A5 W& N, \% @3 V%  mPoint2    输入点2,较大,横坐标3 [& o; N% S5 ]4 r
%  mText      输入的文本,序号,纵坐标9 V" F0 w- F6 }' J0 t
vPoint = zeros(4,2) ;$ B' D9 w2 {- K5 x3 Q
vPoint(1, = [mPoint1,mText-1];
$ y$ k. N4 y* l, V7 A/ \+ I! |  GvPoint(2, = [mPoint2,mText-1];
: U6 A* m8 R) T  k; U9 f9 M& m+ a: mvPoint(3, = [mPoint1,mText];
& f$ ], `( Z6 p+ e! A5 e7 HvPoint(4, = [mPoint2,mText];
$ F, S1 d* k2 I; e& H( d; tplot([vPoint(1,1),vPoint(2,1)],[vPoint(1,2),vPoint(2,2)]);
0 o) @, v) r1 ?- ?9 ]0 R7 x  c, zhold on ;# J6 n+ w2 V$ T& [( U+ F/ H
plot([vPoint(1,1),vPoint(3,1)],[vPoint(1,2),vPoint(3,2)]);; a! [7 w6 f0 k9 g: I; \6 A
plot([vPoint(2,1),vPoint(4,1)],[vPoint(2,2),vPoint(4,2)]);8 f6 f! d8 C8 U) w5 A' T
plot([vPoint(3,1),vPoint(4,1)],[vPoint(3,2),vPoint(4,2)]);
6 L) J. n. m) U8 C$ O# V, y' l; D. b! u+ V' z, _$ u/ B
' u2 l+ r/ @& ]  [; ?/ _
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