三维装箱算法matlab,三维装箱遗传算法matlab程序

时间: 2023-06-18 20:08:14 浏览: 93
三维装箱问题是指将若干个不同体积的物品放入若干个容器中,使得每个物品都被放入容器中,并且每个容器的使用率最高。这是一个NP-hard问题,因此使用遗传算法等启发式算法来解决较为常见。 以下是一个基于遗传算法的三维装箱程序,使用MATLAB编写: ```matlab clearvars clc close all %% Problem Definition nVar=30; % Number of Decision Variables VarSize=[1 nVar]; % Decision Variables Matrix Size VarMin=0; % Decision Variables Lower Bound VarMax=1; % Decision Variables Upper Bound %% GA Parameters MaxIt=100; % Maximum Number of Iterations nPop=50; % Population Size pc=0.8; % Crossover Percentage nc=2*round(pc*nPop/2); % Number of Offsprings (also Parents) pm=0.3; % Mutation Percentage nm=round(pm*nPop); % Number of Mutants gamma=0.05; mu=0.02; % Mutation Rate beta=8; % Selection Pressure %% Initialization empty_individual.Position=[]; empty_individual.Cost=[]; empty_individual.Volume=[]; empty_individual.Order=[]; pop=repmat(empty_individual,nPop,1); for i=1:nPop % Initialize Position pop(i).Position=unifrnd(VarMin,VarMax,VarSize); % Evaluation [pop(i).Volume,pop(i).Cost,pop(i).Order]=Evaluate(pop(i).Position); end % Sort Population [~, SortOrder]=sort([pop.Cost]); pop=pop(SortOrder); % Store Best Solution Ever Found BestSol=pop(1); % Array to Hold Best Cost Values BestCost=zeros(MaxIt,1); % Store Cost WorstCost=max([pop.Cost]); MeanCost=mean([pop.Cost]); %% Main Loop for it=1:MaxIt % Calculate Selection Probabilities P=exp(-beta*[pop.Cost]/WorstCost); P=P/sum(P); % Crossover popc=repmat(empty_individual,nc/2,2); for k=1:nc/2 % Select Parents i1=RouletteWheelSelection(P); i2=RouletteWheelSelection(P); % Perform Crossover [popc(k,1).Position, popc(k,2).Position]=Crossover(pop(i1).Position,pop(i2).Position); % Evaluate Offsprings [popc(k,1).Volume, popc(k,1).Cost, popc(k,1).Order]=Evaluate(popc(k,1).Position); [popc(k,2).Volume, popc(k,2).Cost, popc(k,2).Order]=Evaluate(popc(k,2).Position); end popc=popc(:); % Mutation popm=repmat(empty_individual,nm,1); for k=1:nm % Select Parent i=randi([1 nPop]); % Perform Mutation popm(k).Position=Mutate(pop(i).Position,mu); % Evaluate Mutant [popm(k).Volume, popm(k).Cost, popm(k).Order]=Evaluate(popm(k).Position); end % Merge pop=[pop popc popm]; %#ok % Sort Population [~, SortOrder]=sort([pop.Cost]); pop=pop(SortOrder); % Remove Extra Individuals pop=pop(1:nPop); % Update Best Solution Ever Found BestSol=pop(1); % Store Best Cost Ever Found BestCost(it)=BestSol.Cost; % Show Iteration Information disp(['Iteration ' num2str(it) ': Best Cost = ' num2str(BestCost(it))]); % Plot Best Solution figure(1); PlotSolution(BestSol.Volume,BestSol.Order); pause(0.01); % Break If Cost is Small Enough if BestCost(it)<1e-6 break; end % Adapt Mutation Rate mu=mu+gamma*(1/sqrt(nVar))*(BestSol.Cost-MeanCost)/MeanCost; % Clamp Mutation Rate mu=max(mu,0); end %% Results figure; plot(BestCost,'LineWidth',2); xlabel('Iteration'); ylabel('Best Cost'); grid on; %% Functions function [Volume, Cost, Order]=Evaluate(x) % Number of Items n=numel(x); % Item Dimensions D=zeros(n,3); for i=1:n D(i,:)=Dimensions(x(i)); end % Container Dimensions C=[1 1 1]; % Offsets O=zeros(n,3); O(1,:)=zeros(1,3); for i=2:n O(i,:)=O(i-1,:)+D(i-1,:); end % Positions J=zeros(n,3); for i=1:n J(i,:)=O(i,:)+0.5*D(i,:); end % Check if Feasible OK=all(J<=repmat(C,n,1),2); % Volume Volume=sum(D(:,1).*D(:,2).*D(:,3)); % Cost Cost=inf; if all(OK) Cost=max(O(:,3)+D(:,3)); end % Order [~, Order]=sort(x); end function [y1, y2]=Crossover(x1,x2) alpha=unifrnd(0,1,size(x1)); y1=alpha.*x1+(1-alpha).*x2; y2=alpha.*x2+(1-alpha).*x1; end function y=Mutate(x,mu) n=numel(x); nmu=ceil(mu*n); j=randsample(nmu,n); sigma=0.1*(VarMax-VarMin); y=x; y(j)=x(j)+sigma*randn(size(j)); y=max(y,VarMin); y=min(y,VarMax); end function d=Dimensions(x) switch x case 1 d=[0.7 0.7 0.7]; case 2 d=[0.6 0.6 0.6]; case 3 d=[0.5 0.5 0.5]; case 4 d=[0.4 0.4 0.4]; case 5 d=[0.3 0.3 0.3]; case 6 d=[0.2 0.2 0.2]; otherwise d=[0 0 0]; end end function PlotSolution(Volume, Order) clf; hold on; box on; grid on; view(3); title(['Volume = ' num2str(Volume)]); xlabel('X'); ylabel('Y'); zlabel('Z'); n=numel(Order); C=[1 1 1]; O=zeros(n,3); D=zeros(n,3); for i=1:n D(i,:)=Dimensions(Order(i)); end O(1,:)=zeros(1,3); for i=2:n O(i,:)=O(i-1,:)+D(i-1,:); end J=zeros(n,3); for i=1:n J(i,:)=O(i,:)+0.5*D(i,:); end for i=1:n DrawCube(J(i,:),D(i,:),[1 0 0]); end axis equal; xlim([0 C(1)]); ylim([0 C(2)]); zlim([0 C(3)]); drawnow; end function DrawCube(P,D,color) X=[0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0]*D(1)+P(1); Y=[0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1]*D(2)+P(2); Z=[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0]*D(3)+P(3); surf(X,Y,Z,'FaceColor',color,'EdgeColor','none','FaceAlpha',0.5); end function i=RouletteWheelSelection(P) r=rand; C=cumsum(P); i=find(r<=C,1,'first'); end ``` 这个程序使用了遗传算法来解决三维装箱问题。它首先随机初始化一组个体,并使用评估函数来计算它们的成本和体积。然后,它使用选择、交叉和突变操作来生成新的个体,并使用适应度函数来评估它们的质量。最后,它从新的个体和旧个体中选择最优的个体,并将它们作为下一代的种群重复这个过程。在遗传算法的每次迭代中,程序会记录最佳成本和最佳个体,并使用Matlab绘制出最佳个体的装箱方案。
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