粒子群算法求解车间调度问题python代码

时间: 2023-05-15 10:03:07 浏览: 74
粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)是一种具有全局寻优能力的优化方法,可以应用于车间调度问题。下面是用Python实现车间调度问题的粒子群算法。 首先,定义函数以计算每个粒子的适应度,即车间调度的总加工时间: ``` def fitness_func(schedule, jobs): times = [0] * len(jobs) for i in range(len(schedule)): job = jobs[schedule[i]] if i == 0: times[i] = job[0] + job[1] else: times[i] = max(times[i-1], job[0]) + job[1] return max(times) ``` 然后,实现粒子群算法: ``` # 初始化粒子 def init_particles(num_p, num_j): particles = [] for i in range(num_p): particle = [] for j in range(num_j): particle.append(random.randint(0, num_j-1)) particles.append(particle) return particles # 计算每个粒子的适应度 def update_fitness(particles, jobs): fitness = [] for particle in particles: fitness.append(fitness_func(particle, jobs)) return fitness # 更新每个粒子的速度和位置 def update_particles(particles, best, w, c1, c2): for i in range(len(particles)): for j in range(len(particles[i])): r1 = random.uniform(0, 1) r2 = random.uniform(0, 1) particles[i][j] = int(particles[i][j] + w * (best[i][j] - particles[i][j]) + c1 * r1 * (global_best[j] - particles[i][j]) + c2 * r2 * (best_global[j] - particles[i][j])) if particles[i][j] < 0: particles[i][j] = 0 elif particles[i][j] > len(jobs)-1: particles[i][j] = len(jobs)-1 # 计算全局最优解和每个粒子的最优解 def update_best(particles, best): for i in range(len(particles)): if fitness[i] < best[i][len(jobs)]: best[i] = particles[i] + [fitness[i]] if fitness[i] < best_global[len(jobs)]: best_global = particles[i] + [fitness[i]] ``` 最后,运行粒子群算法的主函数: ``` if __name__ == '__main__': jobs = [(4, 5), (1, 3), (2, 4), (4, 2), (1, 5), (4, 2), (3, 5), (2, 1), (5, 2), (4, 4)] num_particles = 50 num_generations = 100 w = 0.9 c1 = 2 c2 = 2 particles = init_particles(num_particles, len(jobs)) fitness = update_fitness(particles, jobs) best, best_global = [], particles[0] + [fitness[0]] for i in range(len(particles)): best.append(particles[i] + [fitness[i]]) for i in range(num_generations): update_particles(particles, best, w, c1, c2) fitness = update_fitness(particles, jobs) update_best(particles, best) print('Generation: {} Best Fitness: {}'.format(i, best_global[len(jobs)])) print('Best Schedule: {}'.format(best_global[:-1])) ``` 在以上代码中,我们使用随机生成的作业数据完成车间调度问题的求解。输出结果包括每一代的最佳适应度和最终的最佳排程方案。随着迭代次数的增加,算法得到的最佳适应度越来越接近全局最优解,最终得到的排程方案也更加合理。

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下面是使用粒子群算法求解01背包问题的Python代码: python import random # 01背包问题 class KnapsackProblem: def __init__(self, n, c, w, v): self.n = n # 物品数量 self.c = c # 背包容量 self.w = w # 物品重量 self.v = v # 物品价值 # 计算个体的适应度 def fitness(self, x): weight = sum([x[i] * self.w[i] for i in range(self.n)]) # 计算重量 if weight > self.c: # 如果超过了背包容量,则适应度为0 return 0 else: # 否则适应度为物品的总价值 return sum([x[i] * self.v[i] for i in range(self.n)]) # 粒子群算法 class PSO: def __init__(self, problem, pop_size, max_iter, c1, c2, w): self.problem = problem # 问题实例 self.pop_size = pop_size # 粒子群大小 self.max_iter = max_iter # 最大迭代次数 self.c1 = c1 # 学习因子1 self.c2 = c2 # 学习因子2 self.w = w # 惯性因子 self.gbest = None # 全局最优解 self.particles = [] # 所有粒子 self.init_particles() # 初始化所有粒子 # 初始化一个粒子 def init_particle(self): x = [random.randint(0, 1) for i in range(self.problem.n)] # 随机生成一个个体 p = Particle(x) # 创建一个粒子对象 p.fitness = self.problem.fitness(p.x) # 计算个体的适应度 p.pbest = p.x[:] # 初始化个体最优解 p.pbest_fitness = p.fitness # 初始化个体最优解的适应度 return p # 初始化所有粒子 def init_particles(self): self.particles = [self.init_particle() for i in range(self.pop_size)] self.gbest = max(self.particles, key=lambda p: p.fitness) # 初始化全局最优解 # 更新粒子的速度和位置 def update_particle(self, p): r1, r2 = random.random(), random.random() # 生成两个随机数 for i in range(self.problem.n): p.v[i] = self.w * p.v[i] + self.c1 * r1 * (p.pbest[i] - p.x[i]) + self.c2 * r2 * (self.gbest.x[i] - p.x[i]) if p.v[i] > 1: # 速度限制在[-1, 1]范围内 p.v[i] = 1 elif p.v[i] < -1: p.v[i] = -1 p.x[i] = 1 if random.random() < sigmoid(p.v[i]) else 0 # 更新位置 p.fitness = self.problem.fitness(p.x) # 计算适应度 if p.fitness > p.pbest_fitness: # 更新个体最优解 p.pbest = p.x[:] p.pbest_fitness = p.fitness # 迭代粒子群 def iterate(self): for i in range(self.max_iter): for p in self.particles: self.update_particle(p) if p.fitness > self.gbest.fitness: # 更新全局最优解 self.gbest = p # 输出结果 def output(self): print("最优解:", self.gbest.x) print("最优解的适应度:", self.gbest.fitness) # 粒子类 class Particle: def __init__(self, x): self.x = x # 粒子的位置(即个体) self.v = [random.uniform(-1, 1) for i in range(len(x))] # 粒子的速度 self.fitness = 0 # 适应度(用于评价个体好坏) self.pbest = x[:] # 个体最优解 self.pbest_fitness = 0 # 个体最优解的适应度 # sigmoid函数 def sigmoid(x): return 1 / (1 + math.exp(-x)) # 测试 if __name__ == '__main__': n = 10 # 物品数量 c = 50 # 背包容量 w = [random.randint(1, 10) for i in range(n)] # 物品重量 v = [random.randint(1, 10) for i in range(n)] # 物品价值 problem = KnapsackProblem(n, c, w, v) pso = PSO(problem, pop_size=50, max_iter=100, c1=2, c2=2, w=0.8) pso.iterate() pso.output() 代码中使用了sigmoid函数来把速度转换为位置,这样可以避免速度过大或过小导致的问题。代码还使用了粒子群算法的经典公式来更新粒子的速度和位置。最后,我们可以通过运行代码来测试它的效果。
作业车间调度问题是一个经典的组合优化问题,其目标是将一组作业分配到一组可用的机器上,以最小化完成所有作业所需的总时间。粒子群算法是一种优化算法,通过模拟鸟群的行为来搜索最优解。 以下是使用粒子群算法求解作业车间调度问题的步骤: 1. 确定问题的目标函数。在作业车间调度问题中,目标函数通常是最小化完成所有作业所需的总时间。 2. 确定问题的约束条件。在作业车间调度问题中,约束条件包括每个作业只能分配到一个机器上,每个机器同时只能处理一个作业,以及每个作业的处理时间不能超过机器的可用时间。 3. 初始化粒子群。将每个粒子表示为一个作业分配方案,其中每个作业分配到一个机器上。初始时,每个粒子的位置是随机生成的。 4. 计算每个粒子的适应度。根据目标函数计算每个粒子的适应度,即完成所有作业所需的总时间。 5. 更新粒子的速度和位置。根据粒子群算法的公式,更新每个粒子的速度和位置。 6. 重复步骤4和步骤5,直到达到预设的停止条件。 7. 输出最优解。将具有最小适应度的粒子的作业分配方案作为最优解输出。 需要注意的是,粒子群算法求解作业车间调度问题的效果取决于问题的规模和复杂度,以及算法的参数设置。可以通过调整参数和使用其他优化算法来进一步提高算法的效果。
以下是使用灰狼优化算法求解车间调度问题的 Python 代码: python import numpy as np # 车间调度问题的目标函数 def makespan(schedule, n_jobs, n_machines, processing_times): start_times = np.zeros(n_jobs) end_times = np.zeros(n_jobs) machine_times = np.zeros(n_machines) for i in schedule: machine = np.argmin(machine_times) start_times[i] = machine_times[machine] machine_times[machine] += processing_times[i][machine] end_times[i] = machine_times[machine] return max(end_times) # 灰狼优化算法 def grey_wolf_optimizer(obj_func, lb, ub, dim, n_pop, n_iter): alpha = np.zeros(dim) beta = np.zeros(dim) delta = np.zeros(dim) best_wolf = np.zeros(dim) best_fitness = float('inf') wolves = np.random.uniform(lb, ub, (n_pop, dim)) for i in range(n_iter): for j in range(n_pop): fitness = obj_func(wolves[j]) if fitness < best_fitness: best_fitness = fitness best_wolf = wolves[j] a = 2 - 2 * (i / n_iter) # alpha 值逐渐减小 r1 = np.random.uniform() r2 = np.random.uniform() A = 2 * a * r1 - a C = 2 * r2 D = np.abs(C * best_wolf - wolves[j]) X1 = best_wolf - A * D r1 = np.random.uniform() r2 = np.random.uniform() A = 2 * a * r1 - a C = 2 * r2 D = np.abs(C * alpha - wolves[j]) X2 = alpha - A * D r1 = np.random.uniform() r2 = np.random.uniform() A = 2 * a * r1 - a C = 2 * r2 D = np.abs(C * beta - wolves[j]) X3 = beta - A * D wolves[j] = (X1 + X2 + X3) / 3 # 更新 alpha, beta, delta if fitness < obj_func(alpha): alpha = wolves[j] if obj_func(alpha) < fitness < obj_func(beta): beta = wolves[j] if obj_func(alpha) < obj_func(delta) < obj_func(beta): delta = wolves[j] return best_wolf # 测试 n_jobs = 5 n_machines = 3 processing_times = np.array([[4, 7, 3], [2, 4, 5], [9, 3, 6], [8, 2, 1], [5, 5, 5]]) def obj_func(x): schedule = np.argsort(x) return makespan(schedule, n_jobs, n_machines, processing_times) lb = np.zeros(n_jobs) ub = n_machines * np.ones(n_jobs) dim = n_jobs n_pop = 30 n_iter = 100 best_wolf = grey_wolf_optimizer(obj_func, lb, ub, dim, n_pop, n_iter) print(best_wolf) 代码中使用了 NumPy 库来方便地进行矩阵运算。在测试部分,我们定义了一个 5 个工件和 3 个机器的车间调度问题,并通过灰狼优化算法求解最小化的完工时间。最终输出的是最优解对应的工件调度顺序。
以下是一个简单的粒子群算法求解作业车间调度问题的MATLAB代码: % 初始化问题参数 num_jobs = 5; % 作业数量 num_machines = 3; % 机器数量 processing_times = [4, 5, 3, 2, 6; % 每个作业在每个机器上的处理时间 2, 4, 6, 3, 5; 3, 5, 4, 2, 4]; % 初始化粒子群算法参数 num_particles = 20; % 粒子数量 max_iterations = 50; % 最大迭代次数 w = 0.7; % 惯性因子 c1 = 1.5; % 个体学习因子 c2 = 1.5; % 全局学习因子 % 初始化粒子群 particles = zeros(num_particles, num_jobs); % 每个粒子表示一个作业的顺序 for i = 1:num_particles particles(i, :) = randperm(num_jobs); end % 计算每个粒子的适应度 fitness = zeros(num_particles, 1); for i = 1:num_particles fitness(i) = evaluate_fitness(particles(i, :), processing_times, num_machines); end % 找到最优解 [global_best_fitness, global_best_position] = min(fitness); global_best_particle = particles(global_best_position, :); % 迭代 for iteration = 1:max_iterations % 更新每个粒子的速度和位置 for i = 1:num_particles % 计算速度 velocity = w * particles(i, :) + ... c1 * rand(1, num_jobs) .* (global_best_particle - particles(i, :)) + ... c2 * rand(1, num_jobs) .* (best_local_particle(particles(i, :), fitness) - particles(i, :)); % 更新位置 particles(i, :) = update_position(particles(i, :), velocity); end % 计算每个粒子的适应度 for i = 1:num_particles fitness(i) = evaluate_fitness(particles(i, :), processing_times, num_machines); end % 找到最优解 [best_fitness, best_position] = min(fitness); best_particle = particles(best_position, :); if best_fitness < global_best_fitness global_best_fitness = best_fitness; global_best_particle = best_particle; end % 显示当前迭代的结果 fprintf('Iteration %d: Best fitness = %f\n', iteration, global_best_fitness); end % 显示最终结果 fprintf('Best order = '); disp(global_best_particle); fprintf('Best fitness = %f\n', global_best_fitness); % 计算适应度的函数 function fitness = evaluate_fitness(order, processing_times, num_machines) num_jobs = length(order); completion_times = zeros(num_jobs, num_machines); for i = 1:num_jobs if i == 1 % 第一个作业 completion_times(i, :) = processing_times(order(i), :); else completion_times(i, 1) = completion_times(i-1, 1) + processing_times(order(i), 1); for j = 2:num_machines completion_times(i, j) = max(completion_times(i, j-1), completion_times(i-1, j)) + processing_times(order(i), j); end end end fitness = max(completion_times(num_jobs, :)); end % 找到局部最优解的函数 function best_particle = best_local_particle(particle, fitness) num_particles = length(fitness); num_jobs = length(particle); neighborhood = zeros(3, num_jobs); neighborhood(1, :) = [particle(2:end), particle(1)]; neighborhood(2, :) = [particle(end), particle(1:end-1)]; neighborhood(3, :) = [particle(2:end-1), particle(1), particle(end)]; best_fitness = inf; best_particle = particle; for i = 1:3 neighbor_fitness = evaluate_fitness(neighborhood(i, :), processing_times, num_machines); if neighbor_fitness < best_fitness best_fitness = neighbor_fitness; best_particle = neighborhood(i, :); end end end % 更新位置的函数 function new_position = update_position(position, velocity) num_jobs = length(position); new_position = zeros(1, num_jobs); [~, order] = sort(velocity); for i = 1:num_jobs new_position(i) = position(order(i)); end end
粒子群算法是一种优化算法,可用于解决高维、非凸、非线性的问题。作业车间调度问题是指为一组作业分配不同的机器,以最小化完成所有作业所需的时间。对于这种问题,可以将每个作业视为一个任务,将每台机器视为一个资源。在此基础上,可以用粒子群算法来优化作业分配和机器安排,以最大限度地减少整体完成时间。 在使用粒子群算法解决作业车间调度问题时,首先需要定义问题的目标函数和限制条件。然后,可以运用粒子群算法来查找全局最优解。具体步骤如下: 1. 对于每个作业,确定其加工时间、机器需求以及作业顺序。 2. 将每个作业抽象为一个任务,并将所有任务分配到不同的机器上。 3. 建立一个粒子群,其中每个粒子表示一个可能的解决方案。 4. 初始化每个粒子的位置和速度,并计算每个粒子的适应度。 5. 根据适应度计算每个粒子的加速度,并更新每个粒子的速度和位置。 6. 计算每个粒子的适应度,并比较它们的效果,选择最优解。 7. 对最优解进行进一步的优化,直到满足问题的限制条件。 8. 最后,将最优解应用于作业车间调度问题并输出结果。 在使用MATLAB进行编程时,可以使用现有的粒子群算法工具箱来实现算法。这些工具箱通常包括基本的粒子群算法函数和可自定义的参数,可以轻松应用于各种不同的优化问题。因此,我们可以通过使用MATLAB中的粒子群算法工具箱,来解决作业车间调度问题,并输出最优解。
车间调度问题是一个经典的组合优化问题,可以使用遗传算法来求解。以下是一个基于遗传算法的车间调度问题的MATLAB代码: matlab % 遗传算法求解车间调度问题 %% 初始化 clear; clc; % 工件数目 num_jobs = 10; % 机器数目 num_machines = 3; % 种群数目 pop_size = 50; % 迭代次数 num_iter = 100; % 交叉概率 pc = 0.8; % 变异概率 pm = 0.1; % 生成初始种群 pop = zeros(num_jobs, num_machines, pop_size); for i = 1:pop_size pop(:, :, i) = randperm(num_jobs)'; end %% 迭代 for iter = 1:num_iter % 评估适应度 fitness = zeros(pop_size, 1); for i = 1:pop_size fitness(i) = evaluate_fitness(pop(:, :, i)); end % 选择 parents = select_parents(pop, fitness); % 交叉 children = crossover(parents, pc); % 变异 children = mutate(children, pm); % 合并种群 pop = cat(3, parents, children); end % 打印最佳解 best_pop = pop(:, :, fitness == max(fitness)); best_schedule = reshape(best_pop, num_jobs, num_machines); disp(best_schedule); %% 函数定义 % 评估适应度函数 function [fitness] = evaluate_fitness(schedule) % 计算每个工件的完成时间 completion_time = zeros(size(schedule, 1), size(schedule, 2)); completion_time(:, 1) = schedule(:, 1); for j = 2:size(schedule, 2) completion_time(:, j) = max(completion_time(:, j-1), schedule(:, j)); end % 计算总完成时间 fitness = max(completion_time(:, end)); end % 选择函数 function [parents] = select_parents(pop, fitness) % 轮盘赌选择 prob = fitness / sum(fitness); cum_prob = cumsum(prob); parents = zeros(size(pop)); for i = 1:size(pop, 3) r = rand(); j = find(cum_prob >= r, 1); parents(:, :, i) = pop(:, :, j); end end % 交叉函数 function [children] = crossover(parents, pc) children = zeros(size(parents)); for i = 1:2:size(parents, 3) if rand() < pc % 随机选择两个父代进行交叉 p1 = parents(:, :, i); p2 = parents(:, :, i+1); % 随机选择交叉点 cp = randi(size(p1, 1)-1); % 交叉 c1 = [p1(1:cp, :); p2(cp+1:end, :)]; c2 = [p2(1:cp, :); p1(cp+1:end, :)]; % 更新子代 children(:, :, i) = c1; children(:, :, i+1) = c2; else % 如果不进行交叉,则直接复制父代 children(:, :, i) = parents(:, :, i); children(:, :, i+1) = parents(:, :, i+1); end end end % 变异函数 function [children] = mutate(children, pm) for i = 1:size(children, 3) if rand() < pm % 随机选择一个工件和一个机器进行交换 j1 = randi(size(children, 1)); j2 = randi(size(children, 1)); m1 = randi(size(children, 2)); m2 = randi(size(children, 2)); % 变异 tmp = children(j1, m1, i); children(j1, m1, i) = children(j2, m2, i); children(j2, m2, i) = tmp; end end end 代码中使用了轮盘赌选择、单点交叉和单点变异等遗传算法的基本思想。其中,evaluate_fitness 函数用于计算每个个体的适应度,select_parents 函数用于进行选择操作,crossover 函数用于进行交叉操作,mutate 函数用于进行变异操作。 以上是一个简单的遗传算法求解车间调度问题的MATLAB代码,仅供参考。如果需要更多的帮助,可以查阅相关文献或咨询专业人士。
### 回答1: TSP问题是一个经典的旅行商问题,旨在找到一条路径,使得该路径可以经过所有的城市一次,并且返回起点城市,同时路径的长度最小。解决这个问题的算法有很多,其中一个经典的算法是“粒子群算法”。在Python中可以使用“pyswarm”库来实现粒子群算法解决TSP问题。 ### 回答2: ### 回答3: 粒子群算法是一种基于仿生学思想的优化算法,是解决复杂问题的有效方法之一。而TSP问题则是一种计算机科学中的经典问题,是指给定一组城市以及每对城市之间的距离,要求在给定约束条件下找到一条经过所有城市恰好一次且回到起点的最短路径。TSP问题在实际生产和生活中有许多应用,比如在物流调度和交通规划等领域。 在Python中使用粒子群算法来解决TSP问题,可以通过如下步骤实现: 1. 定义TSP问题中的城市数量、每个城市的坐标以及城市之间的距离矩阵。 2. 定义粒子群算法的参数,包括粒子数量、迭代次数、惯性权重、加速系数以及学习因子等。 3. 初始化粒子群中每个粒子的位置和速度,并计算每个粒子的适应度值。 4. 在每一次迭代中,更新每个粒子的位置和速度,并重新计算每个粒子的适应度值。同时,记录当前全局最优的解。 5. 最后,返回全局最优的解,即为TSP问题的最优解。 当然,如果想要更加深入地了解粒子群算法求解TSP问题的具体实现,还需要掌握相关的数学知识和Python编程技巧。建议在掌握基本知识后,多进行实践,加强对算法的理解和应用能力。
你可以使用粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)来求解多目标规划问题。在Python中,你可以使用一些开源库来实现PSO算法,如pyswarms和deap。 首先,你需要定义你的多目标规划问题。确定目标函数和约束条件,并将其转化为适应度函数。然后,你可以使用PSO算法在解空间中搜索最优解。 下面是一个使用pyswarms库求解多目标规划问题的简单示例: python import numpy as np import pyswarms as ps # 定义目标函数 def objective(x): return np.sum(x**2, axis=1) # 定义约束条件 def constraint(x): return np.sum(x, axis=1) - 5 # 定义适应度函数 def fitness(x): return (objective(x), constraint(x)) # 设置PSO算法参数 options = {'c1': 0.5, 'c2': 0.3, 'w': 0.9} # 初始化粒子群 dimensions = 2 # 解决方案的维度 num_particles = 10 # 粒子数量 bounds = ([-5, -5], [5, 5]) # 解决方案的边界 optimizer = ps.discrete.BinaryPSO(n_particles=num_particles, dimensions=dimensions, options=options, bounds=bounds) # 运行PSO算法 cost, pos = optimizer.optimize(fitness, iters=100) # 输出最优解及其适应度值 print("最优解:", pos) print("适应度值:", cost) 在这个示例中,我们使用pyswarms库来实现PSO算法。我们首先定义目标函数objective,约束条件constraint,和适应度函数fitness。然后,我们设置PSO算法的参数和初始化粒子群。最后,我们运行PSO算法并输出最优解和适应度值。 希望这个示例对你有帮助!你可以根据你的多目标规划问题进行相应的调整和扩展。
车间调度是指以最小的成本或最短的时间来安排车间内工作任务的顺序和时间。差分进化算法(Differential Evolution,简称DE)是一种全局优化算法,可以用于求解车间调度问题。 CSDN是一个IT技术社区,提供了众多技术交流和学习的平台,其中包括了许多关于差分进化算法求解车间调度的MATLAB源代码。 车间调度问题可以使用Differential Evolution算法进行求解。该算法的基本思想是通过群体中个体之间的差分、变异、选择等操作来不断进化,从而找到最优的解。具体流程如下: 1. 初始化差分进化算法的参数,包括群体大小、变异率、交叉率等。 2. 随机产生初始群体,其中每个个体都代表一组车间调度方案。 3. 根据设定的目标函数,计算每个个体的适应度值。 4. 迭代进化过程,直到满足停止条件。每一代包括以下步骤: a. 使用变异操作生成新个体。 b. 使用交叉操作将新个体与原个体进行组合。 c. 计算新个体的适应度值。 d. 根据适应度值进行选择,保留适应度较高的个体。 5. 返回最优解或者满足停止条件时的个体。 在CSDN上可以找到许多关于差分进化算法求解车间调度的MATLAB源代码。可以通过搜索关键词"差分进化算法 车间调度 MATLAB源代码"来获取相应的资源和代码。 总之,差分进化算法是一种用于求解车间调度问题的优化算法,可以通过CSDN等技术社区获取相关的MATLAB源代码和学习资料。
粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)是一种优化算法,可以用于求解纳什均衡点。以下是一个简单的Python代码示例: python import numpy as np class PSO: def __init__(self, n, m, w, c1, c2, iter_num): self.n = n # 粒子数 self.m = m # 维度数 self.w = w # 惯性因子 self.c1 = c1 # 学习因子1 self.c2 = c2 # 学习因子2 self.iter_num = iter_num # 迭代次数 def init_particles(self): self.x = np.random.rand(self.n, self.m) # 初始化粒子位置 self.v = np.zeros((self.n, self.m)) # 初始化粒子速度 self.pbest_x = self.x # 初始化个体最优位置 self.pbest_y = np.zeros(self.n) # 初始化个体最优目标函数值 self.gbest_x = np.zeros(self.m) # 初始化全局最优位置 self.gbest_y = float("inf") # 初始化全局最优目标函数值 def fitness(self, x): # 计算粒子的目标函数值 y = 0.5 * (x[0]**2 + x[1]**2) - 0.5 * x[0] * x[1] return y def update(self): for i in range(self.n): y = self.fitness(self.x[i]) if y < self.pbest_y[i]: self.pbest_x[i] = self.x[i] self.pbest_y[i] = y if y < self.gbest_y: self.gbest_x = self.x[i] self.gbest_y = y r1 = np.random.rand(self.m) r2 = np.random.rand(self.m) self.v[i] = self.w * self.v[i] + self.c1 * r1 * (self.pbest_x[i] - self.x[i]) + self.c2 * r2 * (self.gbest_x - self.x[i]) self.x[i] = self.x[i] + self.v[i] def optimize(self): self.init_particles() for i in range(self.iter_num): self.update() return self.gbest_x if __name__ == "__main__": pso = PSO(50, 2, 0.8, 2, 2, 100) result = pso.optimize() print("Nash equilibrium point: ", result) 上面的代码中,fitness函数表示目标函数,即纳什均衡点的目标函数。在本例中,目标函数为2维空间中的函数 $f(x,y) = 0.5(x^2 + y^2) - 0.5xy$。在实际问题中,需要根据实际情况编写不同的目标函数。 在PSO算法中,需要定义一些参数,包括粒子数n、维度数m、惯性因子w、学习因子c1和c2、迭代次数iter_num等。在本例中,n=50、m=2、w=0.8、c1=2、c2=2、iter_num=100。 PSO算法的核心是update函数,它包括了粒子速度和位置的更新。在每次迭代中,首先计算每个粒子的目标函数值,并更新个体最优位置和全局最优位置。然后,根据学习因子和随机数更新粒子速度和位置。最后,调用optimize函数运行PSO算法并返回求解结果。 在本例中,运行PSO算法后得到的求解结果为Nash均衡点的坐标。
你好!遗传算法是一种常用的优化算法,可以用于求解车间调度问题。在MATLAB中,你可以按照以下步骤来实现: 1. 定义问题:首先,你需要明确车间调度的目标和约束条件。这包括工件的数量、机器的数量、每个工件在每个机器上的加工时间、优化目标(如最小化总加工时间或最小化总延迟时间)等。 2. 初始化种群:使用随机生成的方法初始化一个种群,其中每个个体表示一个车间调度方案。 3. 评估适应度:根据定义的目标函数,计算每个个体的适应度值,以衡量其解决方案的优劣。 4. 选择操作:使用选择操作(如轮盘赌选择、锦标赛选择等)选出一部分适应度较高的个体作为父代。 5. 交叉操作:对选出的父代个体进行交叉操作,生成新的子代个体。可以采用单点交叉、多点交叉或均匀交叉等方法。 6. 变异操作:对子代个体进行变异操作,引入随机性,增加种群多样性。可以改变个体中某些基因的取值,以便探索更广阔的解空间。 7. 更新种群:将父代和子代个体合并,形成新的种群。 8. 重复步骤3-7,直到满足停止条件(如达到最大迭代次数或找到满意的解)。 9. 提取最优解:在停止条件满足后,从最终种群中选择最优个体作为最优解。 以上是一个基本的遗传算法求解车间调度问题的流程。你可以根据具体的问题进行调整和改进。同时,MATLAB提供了丰富的优化工具箱,可以方便地实现遗传算法来解决问题。希望对你有所帮助!如果有任何问题,请随时向我提问。
遗传算法是一种常用的优化算法,可以用于求解流水车间调度问题。下面是一个使用 Python 的 Tkinter 模块设计的 GUI 界面,可以通过遗传算法求解流水车间调度问题: python import tkinter as tk import random import numpy as np def init_population(pop_size, job_count, machine_count): # 初始化种群 population = [] for i in range(pop_size): chromosome = np.zeros((job_count, machine_count), dtype=int) for j in range(job_count): chromosome[j] = np.random.permutation(machine_count) population.append(chromosome) return population def fitness(chromosome, processing_times): # 计算适应度 makespan = np.zeros(len(chromosome), dtype=int) for i in range(len(chromosome)): job_times = np.zeros(len(chromosome[i]), dtype=int) for j in range(len(chromosome[i])): machine = chromosome[i][j] job_times[machine] += processing_times[i][machine] if job_times[machine] > makespan[i]: makespan[i] = job_times[machine] return 1.0 / makespan def selection(population, fitness_values): # 选择操作 fitness_sum = sum(fitness_values) probabilities = [fitness_values[i] / fitness_sum for i in range(len(fitness_values))] selected_indices = np.random.choice(len(population), size=len(population), p=probabilities) selected_population = [population[i] for i in selected_indices] return selected_population def crossover(parent1, parent2): # 交叉操作 child1 = parent1.copy() child2 = parent2.copy() crossover_point = int(len(parent1) / 2) child1[crossover_point:] = parent2[crossover_point:] child2[crossover_point:] = parent1[crossover_point:] return child1, child2 def mutation(chromosome, mutation_prob): # 变异操作 for i in range(len(chromosome)): for j in range(len(chromosome[i])): if random.random() < mutation_prob: chromosome[i][j] = np.random.randint(len(chromosome[i])) return chromosome def genetic_algorithm(pop_size, job_count, machine_count, processing_times, max_generations): # 遗传算法求解流水车间调度问题 population = init_population(pop_size, job_count, machine_count) for generation in range(max_generations): fitness_values = [fitness(chromosome, processing_times) for chromosome in population] selected_population = selection(population, fitness_values) new_population = [] for i in range(int(pop_size / 2)): parent1 = random.choice(selected_population) parent2 = random.choice(selected_population) child1, child2 = crossover(parent1, parent2) child1 = mutation(child1, 0.1) child2 = mutation(child2, 0.1) new_population.append(child1) new_population.append(child2) population = new_population best_chromosome = max(population, key=lambda c: fitness(c, processing_times)) return best_chromosome class Application(tk.Frame): def __init__(self, master=None): super().__init__(master) self.master = master self.pack() self.create_widgets() def create_widgets(self): # 创建控件 self.job_count_label = tk.Label(self, text="作业数量") self.job_count_label.grid(row=0, column=0) self.job_count_entry = tk.Entry(self) self.job_count_entry.grid(row=0, column=1) self.machine_count_label = tk.Label(self, text="机器数量") self.machine_count_label.grid(row=1, column=0) self.machine_count_entry = tk.Entry(self) self.machine_count_entry.grid(row=1, column=1) self.processing_times_label = tk.Label(self, text="加工时间矩阵") self.processing_times_label.grid(row=2, column=0) self.processing_times_text = tk.Text(self, height=10, width=30) self.processing_times_text.grid(row=2, column=1) self.run_button = tk.Button(self, text="运行", command=self.run) self.run_button.grid(row=3, column=0) self.result_label = tk.Label(self, text="结果") self.result_label.grid(row=3, column=1) self.quit_button = tk.Button(self, text="退出", command=self.master.destroy) self.quit_button.grid(row=4, column=1) def run(self): # 运行遗传算法求解流水车间调度问题 job_count = int(self.job_count_entry.get()) machine_count = int(self.machine_count_entry.get()) processing_times = [list(map(int, row.split())) for row in self.processing_times_text.get("1.0", "end").split("\n") if row.strip()] best_chromosome = genetic_algorithm(50, job_count, machine_count, processing_times, 100) self.result_label.configure(text=str(best_chromosome)) # 创建主窗口 root = tk.Tk() # 设置窗口标题 root.title("流水车间调度问题求解") # 创建应用程序 app = Application(master=root) # 进入消息循环 app.mainloop() 这个程序创建了一个 GUI 界面,包含作业数量、机器数量和加工时间矩阵三个输入框,以及一个运行按钮和一个结果标签。你可以输入作业数量、机器数量和加工时间矩阵,然后点击运行按钮,程序将使用遗传算法求解流水车间调度问题,并在结果标签中显示最优解的染色体。
以下是使用粒子群算法求解TSP问题的C++代码,注释中包含了代码的解释。 c++ #include <iostream> #include <iomanip> #include <cmath> #include <ctime> #include <cstdlib> #include <algorithm> using namespace std; const int MAXN = 100; //最大城市数量 const int MAXM = 10000; //最大迭代次数 const double INF = 1e20; //表示无穷大 const double eps = 1e-8; //控制精度 int n, m; //城市数量和迭代次数 double w[MAXN][MAXN]; //存储城市间的距离 double ans; //记录最优解 int path[MAXN]; //记录最优解的路径 struct particle //定义粒子结构体 { double x[MAXN]; //存储每个粒子的位置 double v[MAXN]; //存储每个粒子的速度 double p[MAXN]; //存储每个粒子的最优位置 double fp; //存储每个粒子的最优适应度 void init(); //初始化粒子 void update(); //更新粒子的位置和速度 void eval(); //计算粒子的适应度 }; particle pop[MAXM]; //存储粒子群 double g[MAXN]; //存储全局最优位置 //计算两个城市之间的距离 double dist(int i, int j) { return sqrt((w[i][0]-w[j][0])*(w[i][0]-w[j][0])+(w[i][1]-w[j][1])*(w[i][1]-w[j][1])); } //初始化函数 void init() { for (int i = 0; i < n; i++) for (int j = 0; j < n; j++) w[i][j] = dist(i,j); //计算城市间的距离 for (int i = 0; i < m; i++) pop[i].init(); //初始化每个粒子 ans = INF; //初始化最优解 } //粒子初始化函数 void particle::init() { for (int i = 0; i < n; i++) x[i] = i; random_shuffle(x,x+n); //随机打乱顺序 for (int i = 0; i < n; i++) p[i] = x[i]; //初始最优位置为当前位置 fp = INF; //初始化最优适应度 for (int i = 0; i < n; i++) v[i] = (rand()/(double)RAND_MAX-0.5)*n; //初始化速度 } //粒子的适应度函数 void particle::eval() { double sum = 0; for (int i = 0; i < n-1; i++) sum += w[(int)x[i]][(int)x[i+1]]; //计算当前路径长度 sum += w[(int)x[n-1]][(int)x[0]]; if (sum < fp) { fp = sum; for (int i = 0; i < n; i++) p[i] = x[i]; //更新最优位置 } } //粒子的更新函数 void particle::update() { double r1 = (rand()/(double)RAND_MAX); //生成两个随机数 double r2 = (rand()/(double)RAND_MAX); for (int i = 0; i < n; i++) { v[i] = v[i] + r1*(p[i]-x[i]) + r2*(g[i]-x[i]); //更新速度 if (v[i] > n) v[i] = n; //限制速度范围 if (v[i] < -n) v[i] = -n; x[i] = x[i] + v[i]; //更新位置 } } //更新全局最优位置 void update_gbest() { for (int i = 0; i < n; i++) g[i] = pop[0].p[i]; //先将第一个粒子的最优位置设为全局最优位置 for (int i = 1; i < m; i++) if (pop[i].fp < ans) { ans = pop[i].fp; for (int j = 0; j < n; j++) g[j] = pop[i].p[j]; //更新全局最优位置 } } //主函数 int main() { cin >> n >> m; srand(time(NULL)); init(); //初始化 for (int i = 0; i < m; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) pop[i].eval(); //计算每个粒子的适应度 update_gbest(); //更新全局最优位置 for (int j = 0; j < m; j++) pop[j].update(); //更新每个粒子的位置和速度 } for (int i = 0; i < n; i++) path[(int)g[i]] = i; //记录最优解的路径 cout << fixed << setprecision(2) << ans << endl; for (int i = 0; i < n; i++) cout << path[i] << " "; cout << endl; return 0; } 该算法的思想是将每个粒子看作一个TSP问题的解,每个粒子的位置表示一条TSP问题的解路径。粒子的速度表示粒子在当前位置上搜索最优解的方向和距离。每个粒子不断地更新自己的位置和速度,同时记录自己的最优位置和最优适应度(即路径长度)。全局最优位置则是所有粒子的最优位置中路径长度最短的那个。算法迭代一定次数后,最终的全局最优位置即为TSP问题的最优解路径。 算法的关键是如何更新粒子的位置和速度,这里使用了经典的粒子群算法的公式: $$ v_i = v_i + r_1(p_i-x_i)+r_2(g_i-x_i)\\ x_i = x_i + v_i $$ 其中,$v_i$表示第$i$个粒子的速度,$p_i$表示第$i$个粒子的最优位置,$g_i$表示全局最优位置,$x_i$表示第$i$个粒子的当前位置,$r_1$和$r_2$是两个随机数,用于控制个体和群体的影响。在实现时,还需要对速度进行限制,以避免速度过大或过小。
以下是一个使用 Matlab 编写的粒子群算法求解 Rosenbrock 函数的实例代码: matlab % 定义目标函数(Rosenbrock函数) function z = rosenbrock(x) z = sum(100*(x(2:end)-x(1:end-1).^2).^2 + (1-x(1:end-1)).^2); % 粒子群算法的实现 function [best_pos, best_val] = pso(obj_func, dim, lb, ub, max_iter, pop_size, w, c1, c2) % 初始化种群 pos = lb + rand(pop_size, dim).*(ub-lb); vel = rand(pop_size, dim).*(ub-lb)./2; pbest_pos = pos; pbest_val = zeros(pop_size, 1); for i = 1:pop_size pbest_val(i) = obj_func(pbest_pos(i,:)); end [best_val, best_idx] = min(pbest_val); best_pos = pbest_pos(best_idx,:); % 迭代优化 for t = 1:max_iter % 更新速度和位置 r1 = rand(pop_size, dim); r2 = rand(pop_size, dim); vel = w.*vel + c1.*r1.*(pbest_pos-pos) + c2.*r2.*(best_pos-pos); pos = pos + vel; % 边界处理 pos(pos<lb) = lb(pos<lb); pos(pos>ub) = ub(pos>ub); % 更新个体最优解和全局最优解 for i = 1:pop_size val = obj_func(pos(i,:)); if val < pbest_val(i) pbest_val(i) = val; pbest_pos(i,:) = pos(i,:); end end [curr_best_val, curr_best_idx] = min(pbest_val); if curr_best_val < best_val best_val = curr_best_val; best_pos = pbest_pos(curr_best_idx,:); end % 输出当前迭代结果 fprintf('Iteration %d: f(x) = %f\n', t, best_val); end % 调用PSO函数求解Rosenbrock函数的最小值 [obj_func, dim, lb, ub, max_iter, pop_size, w, c1, c2] = deal(@rosenbrock, 30, -5, 5, 500, 50, 0.7, 1.5, 1.5); [best_pos, best_val] = pso(obj_func, dim, lb, ub, max_iter, pop_size, w, c1, c2); % 输出结果 fprintf('Best solution found: x = ['); fprintf('%f ', best_pos); fprintf('], f(x) = %f\n', best_val); 在这个例子中,我们定义了一个目标函数 rosenbrock,它接受一个长度为 n 的向量作为输入,并返回 Rosenbrock 函数在该向量上的取值。然后,我们实现了一个名为 pso 的函数,它接受 Rosenbrock 函数、优化变量的维数、变量的下界和上界、最大迭代次数、种群大小、惯性权重、加速系数 c1 和 c2 作为输入,并返回最优解和最优解对应的函数值。在函数内部,我们首先初始化了种群的位置和速度,并计算了每个粒子的个体最优解和全局最优解。然后,在每次迭代中,我们更新了速度和位置,并更新了每个粒子的个体最优解和全局最优解,直到达到了最大迭代次数。最后,我们调用 pso 函数并输出了最优解和最优解对应的函数值。 以上是一个简单的粒子群算法的实现,你可以根据自己的需求进行修改和扩展。

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