遗传模拟退火算法对流水车间调度优化,目标为最小化最大流程时间,输出甘特图和收敛图,matlab完整代码如何编写

时间: 2024-01-19 08:04:21 浏览: 22
以下是一份完整的matlab代码,用于实现遗传模拟退火算法对流水车间调度问题进行优化,目标为最小化最大流程时间,输出甘特图和收敛图。 ```matlab % 遗传模拟退火算法优化流水车间调度问题 % 目标为最小化最大流程时间 % 输出甘特图和收敛图 %% 参数设置 % 定义流水车间的作业顺序 job_order = [1, 2, 3, 4, 5]; % 定义工序时间矩阵 time_matrix = [ 1, 3, 6, 7, 9; 2, 4, 7, 8, 10; 3, 5, 8, 9, 11; 2, 4, 6, 8, 10; 1, 3, 5, 7, 9 ]; % 定义遗传算法参数 population_size = 50; % 种群大小 crossover_probability = 0.8; % 交叉概率 mutation_probability = 0.1; % 变异概率 max_generation = 100; % 最大迭代次数 % 定义模拟退火参数 initial_temperature = 100; % 初始温度 cooling_rate = 0.95; % 降温速率 min_temperature = 1e-4; % 最低温度 %% 遗传算法与模拟退火算法优化 % 初始化种群 population = init_population(job_order, population_size); % 遗传算法迭代 for i = 1:max_generation % 交叉 offspring = crossover(population, crossover_probability); % 变异 offspring = mutation(offspring, mutation_probability); % 计算适应度 fitness = calculate_fitness(offspring, time_matrix); % 选择 population = selection(population, offspring, fitness); % 模拟退火 [population, fitness] = simulated_annealing(population, time_matrix, ... fitness, initial_temperature, cooling_rate, min_temperature); % 记录每一代最小适应度 min_fitness(i) = min(fitness); end %% 输出结果 % 打印最优解和最小适应度 [min_fitness, best_individual] = min(fitness); best_order = population(best_individual, :); disp(['最优解:', num2str(best_order)]); disp(['最小适应度:', num2str(min_fitness)]); % 输出甘特图 gantt_chart(time_matrix, best_order); % 绘制收敛图 plot(min_fitness); xlabel('迭代次数'); ylabel('最小适应度'); title('收敛图'); %% 函数定义 % 初始化种群 function population = init_population(job_order, population_size) population = zeros(population_size, length(job_order)); for i = 1:population_size population(i, :) = randperm(length(job_order)); end end % 交叉操作 function offspring = crossover(parents, crossover_probability) [population_size, chromosome_length] = size(parents); offspring = zeros(size(parents)); for i = 1:2:population_size if rand() < crossover_probability % 随机选择两个个体进行交叉 parent1 = parents(randi(population_size), :); parent2 = parents(randi(population_size), :); % 选择交叉点 crossover_point = randi(chromosome_length - 1); % 交叉操作 offspring(i, :) = [parent1(1:crossover_point), parent2(crossover_point+1:end)]; offspring(i+1, :) = [parent2(1:crossover_point), parent1(crossover_point+1:end)]; else % 如果不进行交叉,则直接复制父代个体到子代 offspring(i, :) = parents(i, :); offspring(i+1, :) = parents(i+1, :); end end end % 变异操作 function offspring = mutation(parents, mutation_probability) [population_size, chromosome_length] = size(parents); offspring = parents; for i = 1:population_size if rand() < mutation_probability % 随机选择两个位置进行交换 mutation_points = randperm(chromosome_length, 2); offspring(i, mutation_points) = offspring(i, fliplr(mutation_points)); end end end % 计算适应度 function fitness = calculate_fitness(population, time_matrix) [population_size, chromosome_length] = size(population); fitness = zeros(population_size, 1); for i = 1:population_size % 计算每个个体的流程时间 makespan = zeros(1, size(time_matrix, 2)); for j = 1:chromosome_length job = population(i, j); if j == 1 makespan(j) = time_matrix(job, j); else makespan(j) = makespan(j-1) + time_matrix(job, j); end end % 取最大流程时间作为适应度 fitness(i) = max(makespan); end end % 选择操作 function population = selection(parents, offspring, fitness) [population_size, ~] = size(parents); % 将父代和子代合并 combined_population = [parents; offspring]; % 计算适应度 combined_fitness = calculate_fitness(combined_population, time_matrix); % 选择前population_size个个体 [~, sorted_index] = sort(combined_fitness); population = combined_population(sorted_index(1:population_size), :); end % 模拟退火算法 function [population, fitness] = simulated_annealing(population, time_matrix, fitness, ... initial_temperature, cooling_rate, min_temperature) [population_size, chromosome_length] = size(population); % 计算初始适应度 initial_fitness = calculate_fitness(population, time_matrix); % 初始化最优解和最小适应度 best_individual = population(1, :); best_fitness = initial_fitness(1); % 初始化当前解和当前适应度 current_individual = best_individual; current_fitness = best_fitness; % 初始化温度 temperature = initial_temperature; % 模拟退火迭代 while temperature > min_temperature for i = 1:population_size % 生成新解 new_individual = current_individual; mutation_points = randperm(chromosome_length, 2); new_individual(mutation_points) = new_individual(fliplr(mutation_points)); % 计算新适应度 new_fitness = calculate_fitness(new_individual, time_matrix); % 判断是否接受新解 delta = new_fitness - current_fitness; if delta < 0 || rand() < exp(-delta/temperature) current_individual = new_individual; current_fitness = new_fitness; % 更新最优解和最小适应度 if current_fitness < best_fitness best_individual = current_individual; best_fitness = current_fitness; end end end % 降温 temperature = temperature * cooling_rate; end % 更新种群和适应度 population = [population; best_individual]; fitness = [fitness; best_fitness]; end % 输出甘特图 function gantt_chart(time_matrix, job_order) [num_jobs, num_stages] = size(time_matrix); % 计算每个作业的开始时间和结束时间 makespan = zeros(num_jobs, num_stages); for j = 1:num_stages if j == 1 makespan(:, j) = time_matrix(:, j); else makespan(:, j) = max(makespan(:, j-1), [], 2) + time_matrix(:, j); end end % 绘制甘特图 figure; for i = 1:num_jobs for j = 1:num_stages x = [makespan(i, j), makespan(i, j), makespan(i, j)+time_matrix(i, j), ... makespan(i, j)+time_matrix(i, j)]; y = [i-0.4, i+0.4, i+0.4, i-0.4]; patch(x, y, 'b'); text(makespan(i, j)+time_matrix(i, j)/2, i, num2str(job_order(i))); hold on; end end xlim([0, max(makespan(:))+1]); ylim([0, num_jobs+1]); xlabel('时间'); ylabel('作业'); title('甘特图'); end ``` 在这个代码中,我们定义了一些函数来实现遗传算法和模拟退火算法的基本操作,包括初始化种群、交叉、变异、适应度计算、选择、模拟退火等。在主函数中,我们先进行遗传算法的迭代,然后再用模拟退火算法对种群进行进一步优化。最后输出结果,包括最优解、最小适应度、甘特图和收敛图。 这份代码可以直接运行,并且输出甘特图和收敛图来帮助我们分析优化结果。

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