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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    4 c3 T  X3 A) c" J2 t
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。
& l) M' |* ~, u7 L4 X, afunction [Zp,Y1p,Y2p,Y3p,Xp,LC1,LC2]=JSPGA(M,N,Pm,T,P)3 C6 f- G) o! V
%--------------------------------------------------------------------------
6 _8 I  r4 |: y. v%  JSPGA.m
& C- c& `: k- M: u%  车间作业调度问题遗传算法
$ u" Y! [! _9 [%--------------------------------------------------------------------------. x" K9 d7 I& J+ Z. [
%  输入参数列表
( t7 G5 T$ e( q; `- Z%  M       遗传进化迭代次数
' G% \' }* g! X1 I& O%  N       种群规模(取偶数); T$ t/ t; p+ \8 `. J" I: Z
%  Pm      变异概率$ c. H& L" J  V) q/ K
%  T       m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间( P! [  \/ f9 ~* m  f" E! T2 W
%  P       1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目
, z+ m( E, C& l/ C%  输出参数列表
, d0 D& H- t) r: `* y* q: \%  Zp      最优的Makespan值
# B% p. I! `2 M( j0 W, ~/ S5 |%  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: U1 v+ j! Z7 h! b- G
%  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& e4 X( f* Z; r/ |+ c
%  Y3p     最优方案中,各工件各工序使用的机器编号
) v+ b- m) V9 a/ |%  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* E- i" d" E. h1 V, C$ w* c
%  LC1     收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录
9 \# ?( D: u+ e+ r%  LC2     收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
$ j7 |% s% u& W%  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 M4 n2 w) d3 E' i4 l+ [, E: l2 e( ~7 c  \
%第一步:变量初始化
- g9 ?+ T/ \) N# Y, T! ~% }[m,n]=size(T);%m是总工件数,n是总工序数* {7 r6 D6 \- r0 O8 p+ T3 }+ O. a: p
Xp=zeros(m,n);%最优决策变量* D/ O* p# l( L
LC1=zeros(1,M);%收敛曲线1) W6 {: o8 w8 P/ ]1 K; @
LC2=zeros(1,N);%收敛曲线25 B& H' o5 Q( u  a! f

! u. W# u' h% q  `  S, l%第二步:随机产生初始种群$ N  U' u6 A* {3 z
farm=cell(1,N);%采用细胞结构存储种群+ I/ y3 h1 ~4 K0 k% f3 Z0 \1 \; r2 W) b
for k=1:N
- e$ y( y/ S* A5 Z1 q8 u    X=zeros(m,n);
; x& r: f6 W' N' X    for j=1:n
, e+ A" V+ k/ S1 N& C* @7 X        for i=1:m# _# }* Q: u" Z  U2 x
            X(i,j)=1+(P(j)-eps)*rand;
, ^! H- E7 i+ w+ b* W+ B! d; \; v        end3 n  [, r9 k, b2 H: m7 F% I/ L
    end& S! K8 Y  q- \, `
    farm{k}=X;# x  R. ?' L- x8 @7 x
end( J# u: M5 I# a
+ S) _; z1 ^8 i; k- y7 Z: m" x9 g
counter=0;%设置迭代计数器
) M( u) e9 m, L' k" `" Uwhile counter( {; c9 ~" q3 i9 l* l+ X
   
  B* d2 z1 W/ e' ~    %第三步:交叉# ]9 z* g5 u$ j5 V3 E" z  a& G
    newfarm=cell(1,N);%交叉产生的新种群存在其中
* S" C0 J/ C( n) `7 Y    Ser=randperm(N);
9 \. [3 W% ]; f3 i) W; J' C: ?    for i=1:2N-1)) H; z( e* Z+ m* }! T8 Y$ f
        A=farm{Ser(i)};%父代个体
* h% A+ P2 N$ q& t8 v, F( n* q        B=farm{Ser(i+1)};2 i. C+ [& ]2 p* _8 ?5 B9 g6 b
        Manner=unidrnd(2);%随机选择交叉方式
6 B  E$ d4 K6 z) ]        if Manner==1/ ?" G& U9 E2 h# m7 t9 F4 d% U
            cp=unidrnd(m-1);%随机选择交叉点  W, X/ Q# _2 E. L" _
            %双亲双子单点交叉( _) @* B& T& U- A6 s
            a=[A(1:cp,;B((cp+1):m,];%子代个体7 k5 H0 _1 I# B& d9 q3 o
            b=[B(1:cp,;A((cp+1):m,];
$ c5 ]) l* y8 a% K( t! C        else
( V. a9 z( ~+ M, a            cp=unidrnd(n-1);%随机选择交叉点
( Q: U# Y4 o  c9 v  U4 w( j            a=[A(:,1:cp),B(:,(cp+1):n)];%双亲双子单点交叉
! U7 D+ y- W4 I/ m7 b/ \            b=[B(:,1:cp),A(:,(cp+1):n)];9 @, J4 n1 Q" E# |
        end  O6 Q6 }$ T9 I9 Y/ D
        newfarm{i}=a;%交叉后的子代存入newfarm
% ^% V7 \7 {. B        newfarm{i+1}=b;9 A# N7 K" [* S4 @, }
    end
6 Y9 R6 w! p8 A$ p1 _$ G/ d6 {% {    %新旧种群合并
7 u5 K  m$ r# u% A" I    FARM=[farm,newfarm];
/ W, s# P: v# E7 W2 f1 e   9 {8 g) J. i8 M
    %第四步:选择复制" z* k! |. p; x$ ?* {/ P' a
    FITNESS=zeros(1,2*N);, a2 t, R% [2 c
    fitness=zeros(1,N);
) o4 ]% {& K7 H  u& m% ~    plotif=0;
" q2 |$ N* M2 l: ^+ I0 X    for i=12*N)
1 T  f0 P9 a& F) F% u        X=FARM{i};
3 t$ k9 i" E- U% @0 l        Z=COST(X,T,P,plotif);%调用计算费用的子函数
1 D! e+ X; h6 ^        FITNESS(i)=Z;. t" \% @1 m/ I! f. j
    end  m. Q& K9 w( S8 c7 t2 o
    %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
  e, h4 O3 ^4 X4 B% T    Ser=randperm(2*N);
! v* G) g. M  F) m    for i=1:N! D1 B8 J0 [6 t
        f1=FITNESS(Ser(2*i-1));! D  k0 I2 {/ y" ^& p; g, N
        f2=FITNESS(Ser(2*i));- x) X7 S+ _( }. A! O
        if f1<=f2
, T$ W; c5 U, R$ V) u9 ?. J; e            farm{i}=FARM{Ser(2*i-1)};
, h2 \! M( i8 M5 U& _            fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i-1));
9 v) t% l+ W4 l$ ~: {! Y# q$ j4 B        else# Y/ i" o4 ?) {
            farm{i}=FARM{Ser(2*i)};
8 K+ d, a) D8 }% T. P2 D            fitness(i)=FITNESS(Ser(2*i));7 g$ c* [6 N% U4 E: {* t2 g* |
        end/ W# i- M: [& o* }4 @
    end3 j  E/ K: h+ T0 |1 E" ?% m/ M, {
    %记录最佳个体和收敛曲线
& n; \. t1 z1 d    minfitness=min(fitness)* m. B$ k8 ^' M: l; N4 S
    meanfitness=mean(fitness)) s1 S  W2 m( M4 I/ T+ e2 D3 V
    LC1(counter+1)=minfitness;%收敛曲线1,各代最优个体适应值的记录7 f. a" V" p" Z- m
    LC2(counter+1)=meanfitness;%收敛曲线2,各代群体平均适应值的记录
- W, C5 m5 R4 _    pos=find(fitness==minfitness);
8 L: d9 K/ g& ~" e    Xp=farm{pos(1)};
  N* h$ |0 V+ V2 ~5 b$ Z, F' z: t   
# b/ ^5 C) y' \9 ~- n$ d* S  ~    %第五步:变异
$ y4 t- {. f& a$ r" v: e    for i=1:N
( l# ~1 A* s, z3 a# L, C/ w# l5 P, L        if Pm>rand;%变异概率为Pm
) a' f" u* {8 s# U/ d8 \            X=farm{i};
: [1 p9 E& C; n6 v0 `. W2 S            I=unidrnd(m);
/ g  L0 a2 Y9 J! n6 j. H            J=unidrnd(n);
5 k- e% f* i# V' x# a            X(I,J)=1+(P(J)-eps)*rand;
2 @' Z. `. e9 [& R1 ]/ f, ~            farm{i}=X;) Q) q' r, \' k7 N' _$ \
        end
. w2 ?6 t/ [7 G8 {    end* F# D2 v7 O/ [
    farm{pos(1)}=Xp;. m. K( Y5 a/ j  F, @
   
: K& ?3 T& I3 P' Z# {: p! ?1 d& R, k6 A    counter=counter+16 \8 J& H4 F. \/ n) |2 T
end& ]* ?; l4 O% Y3 j6 O

/ w6 a/ F8 L8 y1 e8 j0 W1 \%输出结果并绘图: V% E  {& `: J0 `$ u% p' H: m
figure(1);
) `$ d) b+ ]" y; L- Wplotif=1;
4 `" ^' X" l  A2 T. j! tX=Xp;# E) J) z+ J0 E; }
[Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif);
0 e9 j* _9 C4 i+ Bfigure(2);" {: v/ B, y' B7 L; E1 x5 ?
plot(LC1);
1 _+ a1 k) x, `! l8 s2 pfigure(3);! O9 a, |' C2 C% `  x
plot(LC2);6 e9 f) p8 T7 H4 W5 V

0 D& Z+ x+ ^( F7 b 7 L! p# e) n9 ]
1 J8 q9 a. s2 R- u( P8 J, m- M

$ Q! n0 \, f1 W! Zfunction [Zp,Y1p,Y2p,Y3p]=COST(X,T,P,plotif)4 o( r- H9 O7 E) Q3 I* x, Q+ O
%  JSPGA的内联子函数,用于求调度方案的Makespan值/ C+ l6 F2 L9 b. [
%  输入参数列表  n. `" |: r# i5 Z% _# Y
%  X       调度方案的编码矩阵,是一个实数编码的m×n矩阵9 z% _% P, A2 H+ s* c  }# z/ l
%  T       m×n的矩阵,存储m个工件n个工序的加工时间
& A4 D$ u5 i2 Z5 o  S" ~%  P       1×n的向量,n个工序中,每一个工序所具有的机床数目
. V( }8 c% v0 i: Z; g8 r%  plotif  是否绘甘特图的控制参数
) Y! W' ^( K9 z  p$ G3 i%  输出参数列表
" f+ f5 w5 h) \( u0 b%  Zp      最优的Makespan值+ B4 f& k( r+ e' V/ ~1 y3 u
%  Y1p     最优方案中,各工件各工序的开始时刻
! ?, _7 w6 |$ W$ m  {, k%  Y2p     最优方案中,各工件各工序的结束时刻
# y! l7 \$ F7 ?# f  p5 r%  Y3p     最优方案中,各工件各工序使用的机器编号. P% a# l4 `/ J: X4 _  M

; s7 L  K: m  }* Y% x%第一步:变量初始化
: {6 m  _6 H0 T% T) ^- i[m,n]=size(X);
. r+ i; H" P' e, E6 `/ h7 ~. \; C8 d# SY1p=zeros(m,n);
" A0 |# y' y+ |2 P  h9 Y- EY2p=zeros(m,n);
" b' s9 w8 b( L8 X7 c" @0 \Y3p=zeros(m,n);, ~) n$ C: ~* D2 L  G3 @# [8 j

% C1 y) O- J, Y. ?3 G4 Y) f( n% J%第二步:计算第一道工序的安排0 N( @% Z$ b6 ~
Q1=zeros(m,1);
, i" U* r- Z; ^  P) PQ2=zeros(m,1);
5 Y7 R! b) y) e& ^& T, f. nR=X(:,1);%取出第一道工序
6 }% A# V: {' C; A! k$ f6 YQ3=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
1 y5 R) x. v( T* X; t1 D. A4 u%下面计算各工件第一道工序的开始时刻和结束时刻
( w8 V- ~- `4 kfor i=1(1)%取出机器编号9 i' I# w, g8 o$ N( b8 g4 j4 t2 w7 U. A
    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6 [4 c0 e" D# p3 e% p" [5 o' M
    lenpos=length(pos);
  ]& D6 n8 T& j! Q    if lenpos>=1
4 E/ v6 q, G& t" H3 i        Q1(pos(1))=0;9 ]2 v# z- H/ I
        Q2(pos(1))=T(pos(1),1);& k3 s/ G5 h" Q
        if lenpos>=21 ^# i' H# L% G9 b
            for j=2:lenpos
/ {4 T) w7 M9 w5 l4 s                Q1(pos(j))=Q2(pos(j-1));
( f3 [  b$ S' L& D" m. G2 g                Q2(pos(j))=Q2(pos(j-1))+T(pos(j),1);4 I  k, W" M- N" h+ ^: ?
            end
5 s1 y9 T7 d+ E) b: l( j* [        end
# a" r7 l2 e! W0 B( Q    end0 n# C0 [1 M. N- `- |" G! s
end
/ Q) [" j, N5 j* c7 X2 {0 _Y1p(:,1)=Q1;
# w8 n+ Y$ q* @/ V/ s* E% {8 IY2p(:,1)=Q2;6 J% P6 N2 M9 c0 |
Y3p(:,1)=Q3;" _9 P  V, L# \  [0 ~  D
+ a3 K4 J  i9 m
%第三步:计算剩余工序的安排
9 G  ^; G! J# d8 H% K: h. Qfor k=2:n% K5 ^) p9 k% o# _: }1 x1 h9 K
    R=X(:,k);%取出第k道工序
6 O- X2 _9 p9 k+ J2 P9 f$ a    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
- m; _7 c* a! Z1 ?    %下面计算各工件第k道工序的开始时刻和结束时刻- ~" R3 X+ j4 ^! j' S$ _
    for i=1(k)%取出机器编号
  F0 e/ X$ x! x5 e4 Y        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 }% d8 P5 B5 R' f! e% P, P        lenpos=length(pos);
. x6 s% j" l2 F. }6 p        if lenpos>=1
- ~, V2 Q1 ]5 B$ B" Q: n- M            POS=zeros(1,lenpos);%上一个工序完成时间由早到晚的排序
; W+ X7 |- T$ s* o" R' }6 }            for jj=1:lenpos+ z5 G  |5 D: w6 S$ K6 G$ u. D& a
                MinEndTime=min(EndTime);
8 j1 ~) q0 X( [3 h4 `2 S                ppp=find(EndTime==MinEndTime);
; l( F! l4 R/ r; ^  x! d                POS(jj)=ppp(1);
8 ?+ @7 d5 W; Q$ T/ |* b                EndTime(ppp(1))=Inf;
+ b% B; w3 M/ i% ^            end           9 o8 O) _6 H% {, T" V
            %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6 Z9 M7 ?" F; b4 h% [' L
                        if lenpos>=2
4 Q" E: l5 ^4 f5 X- Q3 Q; R0 X# Y                for j=2:lenpos
0 Y* L4 O5 `. c# N- ~: O9 o8 G5 u' h                    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# ~% {. \7 h. E3 c8 j# E
                    if Q1(pos(POS(j)))9 P- C. c0 B/ p/ o+ a
                        Q1(pos(POS(j)))=Q2(pos(POS(j-1)));  |7 B6 |! z1 o" w
                    end
. y+ ^% a" V6 T! e+ g5 D9 X                end
+ Y. Y; O5 p# M- n" ?- W3 d) W            end7 ^& w# a9 e& V, H0 S" n( ]
        end
+ p- W5 G5 t/ R+ z; Y+ X1 n2 e    end8 o/ H5 l  H* J4 {3 b
    Y1p(:,k)=Q1;2 d. g6 T% s: H5 q6 }
    Y2p(:,k)=Q2;- w, F1 j' Z  o6 U( G' Y
    Y3p(:,k)=Q3;
+ n( E! B( C" Xend& ?# q- }" d3 T& b" x8 O

& f% R& ]& C1 q6 U% }( [%第四步:计算最优的Makespan值+ L7 K4 z- S) m% J
Y2m=Y2p(:,n);
" Z( z+ c; ^8 r$ H0 a9 i0 gZp=max(Y2m);
5 P. y3 x, v9 P. q; s( B
  z9 `- o! P7 z%第五步:绘甘特图
1 w( {; c$ k. M* i+ n, H- sif plotif9 w( |, o' E, T  T& n# {- S! m" Q8 N! U7 U0 N
    for i=1:m
7 X) |. T) m! `" G3 S1 T5 s( f# N        for j=1:n$ p8 `0 p+ u" J& w( W* J% C
            mPoint1=Y1p(i,j);" f+ m& r7 X6 r) i8 ~) X
            mPoint2=Y2p(i,j);) S  A3 T5 x+ ~, M$ _
            mText=m+1-i;
: u2 j9 [4 v' V/ x& k            PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText);: |9 j6 |( C" K
            Word=num2str(Y3p(i,j));8 E, a2 J, W8 G5 h, u
            %text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);6 f7 {7 Q5 l6 K
            hold on! f2 h& r- U; U  x
            x1=mPoint1;y1=mText-1;
; w% ?, S- Y" I# w, H            x2=mPoint2;y2=mText-1;$ t& y: K  y0 {/ j; l8 s
            x3=mPoint2;y3=mText;8 ~3 ?4 u& c2 w' m2 n& `/ ~, X' w
            x4=mPoint1;y4=mText;
  F; |% D( U3 \! J: L            %fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],'r');
! ^. L. M8 @; x, `. X( D. d            fill([x1,x2,x3,x4],[y1,y2,y3,y4],[1,0.5,1]);/ B* v1 u  A$ G+ K9 v3 u7 Y6 Z
            text(0.5*mPoint1+0.5*mPoint2,mText-0.5,Word);8 x2 k; w) v5 z
        end9 P7 o( P  {) i5 u
    end
) A( ?% ]7 z+ n8 l/ H# d7 uend) t4 n  P% ]; c0 A* z& a

* e4 @/ T9 I2 R$ r* J. S3 N, J- K8 y( h; O6 c7 N4 T( |7 O* ^
function PlotRec(mPoint1,mPoint2,mText)
; ?1 q6 a9 J+ \- n%  此函数画出小矩形- c. j( ]* W6 @1 F0 U. C
%  输入:
# X2 W/ c8 |6 m1 v# O7 g%  mPoint1    输入点1,较小,横坐标
) W8 G4 }& ]$ {2 M" h* C%  mPoint2    输入点2,较大,横坐标* L# w# E& _: M& g5 p* ^# W
%  mText      输入的文本,序号,纵坐标# U$ f! x  M! X. R
vPoint = zeros(4,2) ;0 w) b  l1 S8 n5 ]5 ?9 _
vPoint(1, = [mPoint1,mText-1];
/ D; w: d# j2 r- R/ [. y" tvPoint(2, = [mPoint2,mText-1];( B  H& E5 f6 ~  g+ H' R
vPoint(3, = [mPoint1,mText];9 y: Y( Z8 r8 z5 v/ h
vPoint(4, = [mPoint2,mText];
1 Q( U5 ]% W& E, |. l. I/ m9 {plot([vPoint(1,1),vPoint(2,1)],[vPoint(1,2),vPoint(2,2)]);
7 x8 r$ t2 E" O; ~hold on ;
% w" k  ^" C8 z: H# A2 E, ^( Z. Rplot([vPoint(1,1),vPoint(3,1)],[vPoint(1,2),vPoint(3,2)]);2 u; p- Q2 w  |+ M/ _+ b% _$ B
plot([vPoint(2,1),vPoint(4,1)],[vPoint(2,2),vPoint(4,2)]);
2 Q; F; f6 X2 _( M0 d% B. `plot([vPoint(3,1),vPoint(4,1)],[vPoint(3,2),vPoint(4,2)]);
5 x2 m8 r0 r7 ~3 s. x2 S, b2 Q+ K0 H0 d* E; C1 s

: A5 l2 J4 S- I  S0 j已投稿到: 排行榜 圈子 阅读(39)|评论(0)|收藏(0)|打印|举报 " ]8 Q* p1 _; q+ T& c/ g
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    2012-1-30 23:29
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