NSGA-Ⅱ求解多目标VRP问题的python代码

时间: 2023-08-11 17:06:44 浏览: 258
以下是使用NSGA-II算法求解多目标VRP问题的Python代码: ```python import numpy as np import random # 定义车辆容量 vehicle_capacity = 10 # 定义货物数量 num_of_customers = 20 # 定义客户坐标 customers = np.random.rand(num_of_customers, 2) # 定义距离矩阵 dist_matrix = np.zeros((num_of_customers, num_of_customers)) for i in range(num_of_customers): for j in range(num_of_customers): dist_matrix[i][j] = np.linalg.norm(customers[i] - customers[j]) # 定义NSGA-II算法参数 pop_size = 100 max_gen = 200 pc = 0.9 pm = 1.0 / num_of_customers alpha = 1 class Individual: def __init__(self): self.chromosome = [] self.fitness = [] self.rank = 0 self.distance = 0 def __lt__(self, other): if self.rank != other.rank: return self.rank < other.rank else: return self.distance > other.distance # 初始化种群 population = [] for i in range(pop_size): ind = Individual() ind.chromosome = [0] + random.sample(range(1, num_of_customers), num_of_customers - 1) population.append(ind) # 定义快速非支配排序函数 def fast_non_dominated_sort(population): S = [[] for i in range(len(population))] front = [[]] n = [0 for i in range(len(population))] rank = [0 for i in range(len(population))] for p in range(len(population)): S[p] = [] n[p] = 0 for q in range(len(population)): if population[p].fitness[0] < population[q].fitness[0] and population[p].fitness[1] < population[q].fitness[1]: if q not in S[p]: S[p].append(q) elif population[q].fitness[0] < population[p].fitness[0] and population[q].fitness[1] < population[p].fitness[1]: n[p] += 1 if n[p] == 0: population[p].rank = 0 if p not in front[0]: front[0].append(p) i = 0 while front[i]: Q = [] for p in front[i]: for q in S[p]: n[q] -= 1 if n[q] == 0: population[q].rank = i + 1 if q not in Q: Q.append(q) i += 1 front.append(Q) return front[:-1] # 定义拥挤度计算函数 def crowding_distance(population, front): for i in range(len(front)): for ind in front[i]: ind.distance = 0 for m in range(len(population[0].fitness)): front = sorted(front, key=lambda ind: ind.fitness[m]) population[front[0]].distance = float('inf') population[front[-1]].distance = float('inf') for i in range(1, len(front) - 1): population[front[i]].distance += (population[front[i + 1]].fitness[m] - population[front[i - 1]].fitness[m]) # 定义选择函数 def selection(population): tournament_size = 2 selected = [] for i in range(pop_size): tournament = random.sample(population, tournament_size) winner = min(tournament) selected.append(winner) return selected # 定义交叉函数 def crossover(parent1, parent2): child1 = Individual() child2 = Individual() child1.chromosome = [-1] * (num_of_customers + 1) child2.chromosome = [-1] * (num_of_customers + 1) r1 = random.randint(1, num_of_customers - 1) r2 = random.randint(r1, num_of_customers - 1) for i in range(r1, r2 + 1): child1.chromosome[i] = parent1.chromosome[i] child2.chromosome[i] = parent2.chromosome[i] j = 0 k = 0 for i in range(num_of_customers): if parent2.chromosome[i + 1] not in child1.chromosome[r1:r2 + 1]: child1.chromosome[j] = parent2.chromosome[i + 1] j += 1 if parent1.chromosome[i + 1] not in child2.chromosome[r1:r2 + 1]: child2.chromosome[k] = parent1.chromosome[i + 1] k += 1 for i in range(num_of_customers): if child1.chromosome[i] == -1: child1.chromosome[i] = parent2.chromosome[i + 1] if child2.chromosome[i] == -1: child2.chromosome[i] = parent1.chromosome[i + 1] child1.chromosome[-1] = 0 child2.chromosome[-1] = 0 return child1, child2 # 定义变异函数 def mutation(individual): for i in range(num_of_customers): if random.random() < pm: j = random.randint(0, num_of_customers - 1) c1 = individual.chromosome[i + 1] c2 = individual.chromosome[j + 1] individual.chromosome[i + 1] = c2 individual.chromosome[j + 1] = c1 return individual # 定义求解函数 def solve(): for i in range(max_gen): offsprings = [] for j in range(int(pop_size / 2)): parent1, parent2 = random.sample(population, 2) if random.random() < pc: child1, child2 = crossover(parent1, parent2) else: child1 = parent1 child2 = parent2 child1 = mutation(child1) child2 = mutation(child2) offsprings += [child1, child2] population += offsprings for ind in population: ind.fitness = [0, 0] for i in range(len(ind.chromosome) - 1): ind.fitness[0] += dist_matrix[ind.chromosome[i]][ind.chromosome[i + 1]] ind.fitness[1] += 1 ind.fitness[1] -= 1 fronts = fast_non_dominated_sort(population) for i in range(len(fronts)): crowding_distance(population, fronts[i]) population = sorted(population, reverse=True) population = population[:pop_size] return population # 调用求解函数 population = solve() # 输出结果 for i in range(len(population)): if population[i].rank == 0: print('Solution {}:'.format(i + 1)) print(' Route: {}'.format(population[i].chromosome)) print(' Distance: {}'.format(population[i].fitness[0])) print(' Num of vehicles: {}'.format(population[i].fitness[1])) ``` 在代码中,先定义了车辆容量、货物数量、客户坐标和距离矩阵等参数。然后定义了Individual类来表示种群中的个体,包括染色体、适应度、排名和拥挤度等属性。接着定义了快速非支配排序和拥挤度计算函数,用于进行多目标优化。最后定义了选择、交叉、变异和求解函数,用于进行遗传算法求解。在求解函数中,使用NSGA-II算法对种群进行进化,并输出最优解的路径和距离等信息。

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