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 12:04:21 浏览: 50
这个问题的回答比较长,我尝试给出一个基础的框架供你参考,具体的实现需要根据实际情况进行调整和优化。 首先,我们需要定义问题的目标函数。在这个问题中,目标是最小化最大流程时间。因此,我们可以定义目标函数为最大流程时间的最小化,即: ```matlab function [fitness, gantt_chart] = calculate_fitness(schedule, processing_time) % schedule: 调度方案,每一行表示一台机器的调度顺序 % processing_time: 每个工件在每个机器上的加工时间,大小为 (num_jobs, num_machines) % fitness: 目标函数值,即最大流程时间的最小化 % gantt_chart: 甘特图,大小为 (num_jobs, num_machines, 2),第三维度存储工件开始和结束的时间 num_jobs = size(processing_time, 1); num_machines = size(processing_time, 2); % 计算每个工件在每台机器上的开始时间和结束时间 start_time = zeros(num_jobs, num_machines); end_time = zeros(num_jobs, num_machines); for i = 1:num_machines if i == 1 start_time(:, i) = 0; else start_time(:, i) = max(end_time(:, i-1)); end end_time(:, i) = start_time(:, i) + processing_time(:, schedule(i)); end % 计算每个工件的最大流程时间 max_flow_time = max(end_time, [], 2); fitness = max(max_flow_time); % 生成甘特图 gantt_chart = zeros(num_jobs, num_machines, 2); for i = 1:num_machines if i == 1 gantt_chart(:, i, 1) = 0; else gantt_chart(:, i, 1) = max(gantt_chart(:, i-1, 2)); end gantt_chart(:, i, 2) = gantt_chart(:, i, 1) + processing_time(:, schedule(i)); end end ``` 接下来,我们需要定义遗传模拟退火算法的实现。这里我们采用遗传算法和模拟退火算法的混合策略,即首先使用遗传算法生成初始种群,然后使用模拟退火算法进行局部搜索。 ```matlab function [best_schedule, best_fitness, gantt_chart, convergence_curve] = GASA(processing_time, num_generations, population_size, mutation_rate, temperature, cooling_rate) % processing_time: 每个工件在每个机器上的加工时间,大小为 (num_jobs, num_machines) % num_generations: 遗传算法的迭代次数 % population_size: 种群大小 % mutation_rate: 变异率 % temperature: 初始温度 % cooling_rate: 冷却速率 % best_schedule: 最优调度方案 % best_fitness: 最优目标函数值 % gantt_chart: 最优调度方案对应的甘特图 % convergence_curve: 收敛曲线 num_jobs = size(processing_time, 1); num_machines = size(processing_time, 2); % 初始化种群 population = zeros(population_size, num_machines); for i = 1:population_size population(i, :) = randperm(num_jobs); end % 计算种群适应度 fitness = zeros(population_size, 1); gantt_charts = zeros(population_size, num_jobs, num_machines, 2); for i = 1:population_size [fitness(i), gantt_charts(i,:,:,:)] = calculate_fitness(population(i,:), processing_time); end % 记录最优解和收敛曲线 best_fitness = min(fitness); best_schedule = population(find(fitness == best_fitness, 1), :); convergence_curve = zeros(num_generations, 1); convergence_curve(1) = best_fitness; % 遗传算法迭代 for i = 2:num_generations % 选择 parent1 = tournament_selection(fitness); parent2 = tournament_selection(fitness); % 交叉 child = crossover(parent1, parent2); % 变异 if rand() < mutation_rate child = mutation(child); end % 替换最差个体 [worst_fitness, worst_index] = max(fitness); [child_fitness, gantt_chart] = calculate_fitness(child, processing_time); if child_fitness < worst_fitness population(worst_index, :) = child; fitness(worst_index) = child_fitness; gantt_charts(worst_index,:,:,:) = gantt_chart; end % 更新最优解和收敛曲线 [best_fitness, best_index] = min(fitness); best_schedule = population(best_index, :); convergence_curve(i) = best_fitness; end % 模拟退火 current_schedule = best_schedule; current_fitness = best_fitness; current_temperature = temperature; while current_temperature > 1e-6 % 随机生成相邻解 neighbor_schedule = generate_neighbor(current_schedule); % 计算相邻解的适应度 [neighbor_fitness, neighbor_gantt_chart] = calculate_fitness(neighbor_schedule, processing_time); % 判断是否接受相邻解 delta_fitness = neighbor_fitness - current_fitness; if delta_fitness < 0 || rand() < exp(-delta_fitness/current_temperature) current_schedule = neighbor_schedule; current_fitness = neighbor_fitness; gantt_chart = neighbor_gantt_chart; end % 降温 current_temperature = current_temperature * cooling_rate; end % 返回结果 best_schedule = current_schedule; best_fitness = current_fitness; gantt_chart = gantt_chart; end function parent = tournament_selection(fitness) % 锦标赛选择,选择两个个体中适应度较好的一个 tournament_size = 2; indices = randperm(length(fitness), tournament_size); [~, index] = min(fitness(indices)); parent = indices(index); end function child = crossover(parent1, parent2) % 交叉操作,采用部分映射交叉 num_jobs = length(parent1); child = zeros(1, num_jobs); % 随机选择交叉点 crossover_point1 = randi(num_jobs-1); crossover_point2 = randi([crossover_point1+1, num_jobs]); % 复制父代基因片段 child(crossover_point1:crossover_point2) = parent1(crossover_point1:crossover_point2); % 映射父代2的基因到子代 for i = crossover_point1:crossover_point2 if ~ismember(parent2(i), child) j = i; while true if child(j) == 0 child(j) = parent2(i); break else j = find(parent1 == parent2(i)); end end end end end function child = mutation(parent) % 变异操作,采用交换操作 num_jobs = length(parent); mutation_points = randperm(num_jobs, 2); child = parent; child(mutation_points) = parent(fliplr(mutation_points)); end function neighbor = generate_neighbor(schedule) % 随机生成相邻解,采用交换操作 num_jobs = length(schedule); neighbor = schedule; swap_points = randperm(num_jobs, 2); neighbor(swap_points) = schedule(fliplr(swap_points)); end ``` 最后,我们可以调用 `GASA` 函数来求解问题,并输出最优解和甘特图。 ```matlab % 生成随机的加工时间 num_jobs = 10; num_machines = 3; processing_time = rand(num_jobs, num_machines) * 10; % 调用遗传模拟退火算法求解 num_generations = 100; % 遗传算法的迭代次数 population_size = 100; % 种群大小 mutation_rate = 0.1; % 变异率 temperature = 1000; % 初始温度 cooling_rate = 0.99; % 冷却速率 [best_schedule, best_fitness, gantt_chart, convergence_curve] = GASA(processing_time, num_generations, population_size, mutation_rate, temperature, cooling_rate); % 输出结果 disp('Best schedule:'); disp(best_schedule); disp('Best fitness:'); disp(best_fitness); figure(); plot(convergence_curve); xlabel('Generation'); ylabel('Fitness'); title('Convergence curve'); gantt(reshape(gantt_chart, [num_jobs*num_machines, 2]), 'ShowLabels', true); ``` 这里我们使用了 `gantt` 函数来绘制甘特图,需要先下载并安装该函数库。 希望这个基础的框架能够帮助你完成流水车间调度优化问题的求解。

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