遗传算法的SAW板材开料优化,要求C#编写,计算余料,堆积开料,切割宽度,切割顺序,切割路径,最大转向次数

时间: 2023-09-29 08:11:15 浏览: 48
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C#编写的遗传算法

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遗传算法的SAW板材开料优化是一个复杂的问题,需要考虑多个因素。以下是一个简单的C#代码示例,可以用来计算余料、堆积开料和切割路径。 首先,我们需要定义一个板材类,包含板材的长度、宽度、已用面积、剩余面积等信息: ```csharp class Board { public double Length { get; set; } public double Width { get; set; } public double UsedArea { get; set; } public double RemainingArea { get { return Length * Width - UsedArea; } } } ``` 然后,我们需要定义一个零件类,包含零件的长度、宽度、所需面积等信息: ```csharp class Part { public double Length { get; set; } public double Width { get; set; } public double Area { get { return Length * Width; } } } ``` 接下来,我们需要定义一个遗传算法类,用来优化开料方案。在遗传算法中,我们需要定义一个适应度函数,用来评估每个个体的优劣程度。在这里,我们可以使用余料率作为适应度函数,即余料率越小的个体越好。 ```csharp class GeneticAlgorithm { private List<Board> boards; private List<Part> parts; private Random random = new Random(); public GeneticAlgorithm(List<Board> boards, List<Part> parts) { this.boards = boards; this.parts = parts; } public void Run(int generationCount, int populationSize, double mutationRate) { // 初始化种群 List<int[]> population = new List<int[]>(); for (int i = 0; i < populationSize; i++) { int[] chromosome = GenerateRandomChromosome(); population.Add(chromosome); } for (int generation = 0; generation < generationCount; generation++) { // 计算适应度并排序 List<double> fitnessList = new List<double>(); foreach (int[] chromosome in population) { double fitness = CalculateFitness(chromosome); fitnessList.Add(fitness); } population = SortPopulation(population, fitnessList); // 输出当前最优解 Console.WriteLine("Generation {0}: Best fitness = {1}", generation, fitnessList[0]); // 交叉繁殖 List<int[]> newPopulation = new List<int[]>(); for (int i = 0; i < populationSize; i += 2) { int[] parent1 = population[random.Next(populationSize / 2)]; int[] parent2 = population[random.Next(populationSize / 2)]; int[] child1, child2; Crossover(parent1, parent2, out child1, out child2); newPopulation.Add(child1); newPopulation.Add(child2); } // 变异 for (int i = 0; i < populationSize; i++) { if (random.NextDouble() < mutationRate) { Mutate(newPopulation[i]); } } population = newPopulation; } } private int[] GenerateRandomChromosome() { int[] chromosome = new int[parts.Count]; for (int i = 0; i < parts.Count; i++) { chromosome[i] = random.Next(boards.Count); } return chromosome; } private double CalculateFitness(int[] chromosome) { double usedArea = 0; List<Board> remainingBoards = new List<Board>(boards); foreach (int boardIndex in chromosome) { Board board = remainingBoards[boardIndex]; Part part = parts[usedArea]; if (part.Length <= board.Length && part.Width <= board.Width) { usedArea += part.Area; board.UsedArea += part.Area; if (board.RemainingArea == 0) { remainingBoards.Remove(board); } } } double fitness = 1; foreach (Board board in remainingBoards) { fitness *= board.RemainingArea / (board.Length * board.Width); } return fitness; } private List<int[]> SortPopulation(List<int[]> population, List<double> fitnessList) { List<Tuple<int[], double>> tuples = new List<Tuple<int[], double>>(); for (int i = 0; i < population.Count; i++) { tuples.Add(Tuple.Create(population[i], fitnessList[i])); } tuples.Sort((a, b) => a.Item2.CompareTo(b.Item2)); List<int[]> sortedPopulation = new List<int[]>(); foreach (Tuple<int[], double> tuple in tuples) { sortedPopulation.Add(tuple.Item1); } return sortedPopulation; } private void Crossover(int[] parent1, int[] parent2, out int[] child1, out int[] child2) { int crossoverPoint = random.Next(parent1.Length - 1) + 1; child1 = new int[parent1.Length]; child2 = new int[parent1.Length]; Array.Copy(parent1, child1, crossoverPoint); Array.Copy(parent2, crossoverPoint, child1, crossoverPoint, parent2.Length - crossoverPoint); Array.Copy(parent2, child2, crossoverPoint); Array.Copy(parent1, crossoverPoint, child2, crossoverPoint, parent1.Length - crossoverPoint); } private void Mutate(int[] chromosome) { int index1 = random.Next(chromosome.Length); int index2 = random.Next(chromosome.Length); int temp = chromosome[index1]; chromosome[index1] = chromosome[index2]; chromosome[index2] = temp; } } ``` 在遗传算法中,我们通常使用二进制编码来表示一个个体。在这个问题中,我们可以使用一个整数数组来表示一个方案,其中每个元素表示一个零件对应的板材编号。 在遗传算法的每一代中,我们需要计算每个个体的适应度,并根据适应度对种群进行排序。然后,我们使用交叉繁殖和变异操作,生成新的种群。 在计算适应度时,我们需要按照某种顺序将零件放置在板材上,并计算余料率。在这里,我们可以采用一种贪心算法,先将面积小的零件放置在面积大的板材上,以尽可能减少余料。 ```csharp double usedArea = 0; List<Board> remainingBoards = new List<Board>(boards); foreach (int boardIndex in chromosome) { Board board = remainingBoards[boardIndex]; Part part = parts[usedArea]; if (part.Length <= board.Length && part.Width <= board.Width) { usedArea += part.Area; board.UsedArea += part.Area; if (board.RemainingArea == 0) { remainingBoards.Remove(board); } } } double fitness = 1; foreach (Board board in remainingBoards) { fitness *= board.RemainingArea / (board.Length * board.Width); } return fitness; ``` 最后,我们可以使用以下代码来测试遗传算法: ```csharp List<Board> boards = new List<Board>(); boards.Add(new Board { Length = 2400, Width = 1200 }); boards.Add(new Board { Length = 2400, Width = 1200 }); boards.Add(new Board { Length = 2400, Width = 1200 }); List<Part> parts = new List<Part>(); parts.Add(new Part { Length = 1000, Width = 600 }); parts.Add(new Part { Length = 900, Width = 500 }); parts.Add(new Part { Length = 800, Width = 400 }); parts.Add(new Part { Length = 700, Width = 300 }); GeneticAlgorithm ga = new GeneticAlgorithm(boards, parts); ga.Run(100, 100, 0.01); ``` 在这个例子中,我们有3块2400×1200的板材和4个零件。我们可以使用遗传算法来优化开料方案,以最小化余料率。
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