在柔性作业车间调度问题中,使用nsga-Ⅱ对加工机器和加工时间编码并给出完整代码

时间: 2024-02-18 14:05:07 浏览: 24
以下是使用NSGA-II算法解决柔性作业车间调度问题的完整代码,其中使用了Python中的DEAP库: ```python import random import numpy as np from deap import algorithms, base, creator, tools # 定义问题类 class JobShopProblem(object): def __init__(self, n_jobs, n_machines, jobs_data): self.n_jobs = n_jobs # 作业数量 self.n_machines = n_machines # 机器数量 self.jobs_data = jobs_data # 作业数据 def makespan(self, perm): # 初始化机器时间表 machine_time = np.zeros(self.n_machines) # 初始化作业时间表 job_time = np.zeros(self.n_jobs) for job_index in perm: for machine_index, time in enumerate(self.jobs_data[job_index]): # 计算机器时间表 start_time = max(machine_time[machine_index], job_time[job_index]) end_time = start_time + time machine_time[machine_index] = end_time # 计算作业时间表 job_time[job_index] = end_time return job_time.max() def random_permutation(n): # 生成随机排列 array = np.arange(n) np.random.shuffle(array) return list(array) def cx_partialy_matched(ind1, ind2): # 部分匹配交叉算子 size = min(len(ind1), len(ind2)) p1, p2 = np.zeros(size), np.zeros(size) # Initialize the position of each indices in the individuals for i in range(size): p1[int(ind1[i])] = i p2[int(ind2[i])] = i # Choose crossover points cxpoint1 = random.randint(0, size) cxpoint2 = random.randint(0, size - 1) if cxpoint2 >= cxpoint1: cxpoint2 += 1 else: cxpoint1, cxpoint2 = cxpoint2, cxpoint1 # Apply crossover between cx points for i in range(cxpoint1, cxpoint2): # Keep track of the selected values temp1 = ind1[i] temp2 = ind2[i] # Swap the matched value ind1[i], ind1[p1[temp2]] = temp2, temp1 ind2[i], ind2[p2[temp1]] = temp1, temp2 # Position bookkeeping p1[temp1], p1[temp2] = p1[temp2], p1[temp1] p2[temp1], p2[temp2] = p2[temp2], p2[temp1] return ind1, ind2 def mut_shuffle(individual, indpb): # 随机交换变异算子 size = len(individual) for i in range(size): if random.random() < indpb: # Choose the second index in the individual j = random.randint(0, size - 1) # Swap the elements individual[i], individual[j] = individual[j], individual[i] return individual, # 定义NSGA-II算法的参数 POPULATION_SIZE = 100 P_CROSSOVER = 0.9 P_MUTATION = 0.1 MAX_GENERATIONS = 100 HALL_OF_FAME_SIZE = 10 CROWDING_FACTOR = 20.0 # 为适应度和个体定义适应度类和个体类 creator.create("FitnessMin", base.Fitness, weights=(-1.0,)) creator.create("Individual", list, fitness=creator.FitnessMin) # 初始化工具箱 toolbox = base.Toolbox() toolbox.register("permutation", random_permutation, n=10) toolbox.register("individual", tools.initIterate, creator.Individual, toolbox.permutation) toolbox.register("population", tools.initRepeat, list, toolbox.individual) toolbox.register("mate", cx_partialy_matched) toolbox.register("mutate", mut_shuffle, indpb=1.0/10) toolbox.register("select", tools.selNSGA2) # 定义主函数 def main(): # 读取数据 jobs_data = [[1, 3, 2], [5, 1, 2], [2, 4, 4], [3, 2, 3], [4, 3, 1], [6, 2, 1], [3, 1, 4], [4, 4, 2], [2, 3, 5], [5, 4, 3]] n_jobs = len(jobs_data) n_machines = len(jobs_data[0]) # 创建问题实例 problem = JobShopProblem(n_jobs, n_machines, jobs_data) # 创建种群 population = toolbox.population(n=POPULATION_SIZE) # 评估所有个体 fitnesses = list(map(problem.makespan, population)) for ind, fit in zip(population, fitnesses): ind.fitness.values = (fit,) # 运行NSGA-II算法 for generation in range(MAX_GENERATIONS): offspring = algorithms.varAnd(population, toolbox, P_CROSSOVER, P_MUTATION) fitnesses = list(map(problem.makespan, offspring)) for ind, fit in zip(offspring, fitnesses): ind.fitness.values = (fit,) population = toolbox.select(offspring + population, k=POPULATION_SIZE) # 更新Hall of Fame top_individuals = tools.selBest(population, k=HALL_OF_FAME_SIZE) hof.update(top_individuals) # 打印当前代数和Hall of Fame中的个体 print("-- Generation %i --" % generation) print("Best individuals = ", *hof) return hof[0] if __name__ == "__main__": # 创建Hall of Fame hof = tools.ParetoFront() # 运行主函数 best_solution = main() print("Best solution found: %s" % best_solution) ``` 在上述代码中,我们定义了一个`JobShopProblem`类来表示柔性作业车间调度问题,其中`makespan`方法计算了给定排列的完成时间。随后,我们定义了两个用于交叉和变异的算子,并使用`DEAP`库中的`tools`模块注册到工具箱中。最后,我们定义了主函数来运行NSGA-II算法并输出结果。注意到在主函数中,我们使用`ParetoFront`类来创建了一个Hall of Fame,用于存储所有被发现的非支配解。

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