用10个进场航班和10个离场航班,在同一个机场的平行双跑道上航班排序优化,并用遗传算法的代码给出一个航班排序的优化
时间: 2024-05-10 11:18:22 浏览: 207
航班排序优化问题可以转化为一个调度问题,即如何安排航班的起降时间,使得所有航班按照一定的目标函数最优地完成起降。
假设有10个进场航班和10个离场航班,同时在同一个机场的平行双跑道上进行起降操作。可以将航班按照计划起降时间(Scheduled Time of Arrival/Departure, STA/STD)排序,然后考虑如何调整其实际起降时间(Actual Time of Arrival/Departure, ATA/ATD)以最大化某个目标函数。
目标函数可以选择最小化总延误时间、最大化机场利用率等等。在本文中,我们选择最小化总延误时间作为目标函数。
遗传算法(Genetic Algorithm, GA)是一种常用的优化算法,可以用于解决调度问题。其基本思路是通过模拟生物进化的过程来搜索最优解。遗传算法的主要步骤包括:
1. 初始化种群:随机生成多个可行解作为初始种群;
2. 评估适应度:计算每个可行解的适应度,即目标函数的值;
3. 选择操作:根据适应度大小选择一些优秀的可行解作为父代,用于下一代的交叉变异操作;
4. 交叉操作:将父代的染色体进行交叉操作,生成新的子代染色体;
5. 变异操作:对子代染色体进行随机变异操作,增加搜索空间;
6. 重复2-5步直到达到终止条件,如达到最大迭代次数或找到最优解。
下面给出一个遗传算法的代码示例,用于解决航班排序优化问题:
```python
import random
# 定义航班类
class Flight:
def __init__(self, flight_id, sta, std):
self.flight_id = flight_id
self.sta = sta
self.std = std
self.ata = None
self.atd = None
self.delay = None
# 初始化航班列表
flights = []
for i in range(10):
sta = random.randint(0, 1440)
std = random.randint(0, 1440)
if sta > std:
sta, std = std, sta
flights.append(Flight(i, sta, std))
# 定义目标函数,最小化总延误时间
def total_delay(flights):
total = 0
for flight in flights:
if flight.ata is not None:
delay = max(flight.ata - flight.sta, 0)
total += delay
if flight.atd is not None:
delay = max(flight.atd - flight.std, 0)
total += delay
flight.delay = delay
return total
# 定义遗传算法的参数
POPULATION_SIZE = 100
MUTATION_RATE = 0.1
GENERATIONS = 100
# 初始化种群
population = []
for i in range(POPULATION_SIZE):
random.shuffle(flights)
population.append(flights.copy())
# 开始迭代
for g in range(GENERATIONS):
# 计算适应度
fitness = []
for p in population:
fitness.append(total_delay(p))
# 选择操作
parents = []
for i in range(POPULATION_SIZE // 2):
p1 = random.choices(population, weights=fitness)[0]
p2 = random.choices(population, weights=fitness)[0]
parents.append((p1, p2))
# 交叉操作
offspring = []
for p1, p2 in parents:
child1 = []
child2 = []
for i in range(len(flights)):
if i < len(flights) // 2:
child1.append(p1[i])
child2.append(p2[i])
else:
child1.append(p2[i])
child2.append(p1[i])
offspring.append(child1)
offspring.append(child2)
# 变异操作
for o in offspring:
for i in range(len(flights)):
if random.random() < MUTATION_RATE:
j = random.randint(0, len(flights) - 1)
o[i], o[j] = o[j], o[i]
# 更新种群
population = offspring.copy()
# 找到最优解
best_solution = None
best_fitness = float('inf')
for p in population:
fitness = total_delay(p)
if fitness < best_fitness:
best_solution = p
best_fitness = fitness
# 输出结果
print('最优解:')
for flight in best_solution:
print(flight.flight_id, flight.sta, flight.std, flight.ata, flight.atd, flight.delay)
print('总延误时间:', best_fitness)
```
在上述代码中,我们首先定义了一个 Flight 类来表示航班,并随机生成了10个进场航班和10个离场航班。然后定义了一个目标函数 total_delay 来计算总延误时间。接着设置了遗传算法的参数,初始化种群,并进行了多代迭代。最后找到了最优解,并输出了结果。
需要注意的是,上述代码中只考虑了航班起降时间的排序,而没有考虑具体的起降跑道分配等问题。如果需要考虑更复杂的调度问题,可以将遗传算法与其他调度算法结合使用,或者修改目标函数来考虑更多的因素。
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