采用C++实现置换流水车间调度问题数学模型并通过算例验证代码的正确性

时间: 2023-10-11 11:08:15 浏览: 100
置换流水车间调度问题是一个NP难问题,需要采用一些启发式算法或元启发式算法来求解。其中,最常用的启发式算法是遗传算法和禁忌搜索算法。下面是一个采用遗传算法求解置换流水车间调度问题的C++代码示例: ```c++ #include <iostream> #include <algorithm> #include <vector> #include <random> #include <chrono> using namespace std; // 定义工件类 class Job { public: int id; // 工件编号 int process[3]; // 该工件在三台机器上的加工时间 Job(int id, int p1, int p2, int p3) { this->id = id; this->process[0] = p1; this->process[1] = p2; this->process[2] = p3; } }; // 定义车间类 class Workshop { public: vector<Job> jobs; // 所有工件 int n; // 工件数量 Workshop(vector<Job>& jobs) { this->jobs = jobs; this->n = jobs.size(); } // 计算某个解的目标函数值 int objectiveFunction(vector<int>& solution) { int makespan = 0; vector<int> finishTime(n); for (int i = 0; i < n; i++) { int job = solution[i]; // 第i个工件的编号 for (int j = 0; j < 3; j++) { int machine = j + 1; // 第j台机器的编号 int processingTime = jobs[job].process[j]; int startTime = (i == 0) ? 0 : finishTime[solution[i - 1]]; // 开始时间 finishTime[job] = startTime + processingTime; makespan = max(makespan, finishTime[job]); } } return makespan; } }; // 定义遗传算法类 class GeneticAlgorithm { public: Workshop* workshop; // 车间 int populationSize; // 种群大小 double crossoverRate; // 交叉率 double mutationRate; // 变异率 int maxGeneration; // 最大迭代次数 GeneticAlgorithm(Workshop* workshop, int populationSize, double crossoverRate, double mutationRate, int maxGeneration) { this->workshop = workshop; this->populationSize = populationSize; this->crossoverRate = crossoverRate; this->mutationRate = mutationRate; this->maxGeneration = maxGeneration; } // 初始化种群 vector<vector<int>> initializePopulation() { vector<vector<int>> population; for (int i = 0; i < populationSize; i++) { vector<int> solution(workshop->n); for (int j = 0; j < workshop->n; j++) { solution[j] = j; } shuffle(solution.begin(), solution.end(), default_random_engine(chrono::system_clock::now().time_since_epoch().count())); population.push_back(solution); } return population; } // 选择操作 vector<vector<int>> selection(vector<vector<int>>& population) { vector<vector<int>> parents; for (int i = 0; i < populationSize; i++) { int a = rand() % populationSize; int b = rand() % populationSize; if (workshop->objectiveFunction(population[a]) < workshop->objectiveFunction(population[b])) { parents.push_back(population[a]); } else { parents.push_back(population[b]); } } return parents; } // 交叉操作 vector<vector<int>> crossover(vector<vector<int>>& parents) { vector<vector<int>> offspring; for (int i = 0; i < populationSize; i += 2) { if (rand() < crossoverRate * RAND_MAX) { int r1 = rand() % workshop->n; int r2 = rand() % workshop->n; while (r2 == r1) { r2 = rand() % workshop->n; } if (r1 > r2) { swap(r1, r2); } vector<int> p1 = parents[i]; vector<int> p2 = parents[i + 1]; vector<int> o1(workshop->n), o2(workshop->n); for (int j = r1; j <= r2; j++) { o1[j] = p1[j]; o2[j] = p2[j]; } int k1 = r2 + 1, k2 = r2 + 1; for (int j = 0; j < workshop->n; j++) { if (find(o1.begin(), o1.end(), p2[j]) == o1.end()) { o1[k1++] = p2[j]; } if (find(o2.begin(), o2.end(), p1[j]) == o2.end()) { o2[k2++] = p1[j]; } } offspring.push_back(o1); offspring.push_back(o2); } else { offspring.push_back(parents[i]); offspring.push_back(parents[i + 1]); } } return offspring; } // 变异操作 void mutation(vector<vector<int>>& offspring) { for (int i = 0; i < populationSize; i++) { if (rand() < mutationRate * RAND_MAX) { int r1 = rand() % workshop->n; int r2 = rand() % workshop->n; swap(offspring[i][r1], offspring[i][r2]); } } } // 更新种群 void updatePopulation(vector<vector<int>>& population, vector<vector<int>>& offspring) { population.insert(population.end(), offspring.begin(), offspring.end()); sort(population.begin(), population.end(), [&](const vector<int>& a, const vector<int>& b) { return workshop->objectiveFunction(a) < workshop->objectiveFunction(b); }); population.resize(populationSize); } // 求解 vector<int> solve() { vector<vector<int>> population = initializePopulation(); for (int i = 0; i < maxGeneration; i++) { vector<vector<int>> parents = selection(population); vector<vector<int>> offspring = crossover(parents); mutation(offspring); updatePopulation(population, offspring); } return population.front(); } }; int main() { vector<Job> jobs = { Job(0, 2, 4, 3), Job(1, 2, 3, 1), Job(2, 3, 5, 2), Job(3, 1, 4, 2), Job(4, 3, 2, 1) }; Workshop workshop(jobs); GeneticAlgorithm ga(&workshop, 100, 0.8, 0.1, 1000); vector<int> solution = ga.solve(); cout << "Solution: "; for (int i : solution) { cout << i << " "; } cout << endl; cout << "Makespan: " << workshop.objectiveFunction(solution) << endl; return 0; } ``` 上述代码采用遗传算法求解置换流水车间调度问题。其中,`Job`类表示工件,`Workshop`类表示车间,`GeneticAlgorithm`类表示遗传算法类。在`GeneticAlgorithm`类中,`initializePopulation()`方法用于初始化种群,`selection()`方法用于选择操作,`crossover()`方法用于交叉操作,`mutation()`方法用于变异操作,`updatePopulation()`方法用于更新种群,`solve()`方法用于求解。在主函数中,我们定义了一个包含5个工件的车间,并使用遗传算法求解最优调度方案。
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