[发明专利]用于路径规划的搜索方法

说明书

技术领域

本发明属于运输智能领域，尤其涉及一种用于路径规划的随机搜索算 法。

背景技术

路径规划问题是一个经典的组合优化问题，在工业领域中具有广泛的 应用。例如城市中的洒水路由、垃圾收集、信件投递、校车调度等问题均 看看作是路径规划问题。路径规划问题可看作是在给定的图上构造若干条 回路，使得这些回路满足一些特定的条件和约束并且路由这些回路的总消 耗最少。由于路径规划问题经常涉及到庞大的市场或巨额的资金，因此设 计有效的解决方法是非常有必要的。然而，经理论证明路径规划问题是一 个NP(非确定性多项式时间)难问题，即找到问题的全局最优解的时间随 着问题规模的增长呈指数级增长。

很多成功的先例已经证明了在传统的演化算法中加入局部搜索的概念 能够在路径规划问题等这类NP难的组合优化问题表现出有效的性能。这 是因为路径规划问题的解空间很大并且复杂，加入局部搜索能够加强算法 的收敛性从而在有限的时间内得到性能更好的解。然而，这些方法都有一 个共有的缺陷，那就是它们均采用了传统的小步长局部搜索，在局部搜索 的每一步，只能产生与当前解极为相似的解。这样在某些情况下，例如问 题的解空间较大或者容量约束较严格导致解空间由大量分散的可行区域组 成的情况下，用传统的小步长局部搜索将不能达到理想的结果。在前一种 情况下，从当前解可能需要很多步局部搜索才能达到全局最优解，而在后 一种情况下，传统的小步长局部搜索可能导致搜索无法越过可行区域之间 的非可行区域从而跳出当前的局部最优解。

因此确定算法只能适用于小规模的路径规划问题，而无法适用于在实 际中常常出现的中等或大规模问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。

为此，本发明的实施例提出一种更有效的用于路径规划的搜索方法。

根据本发明的一个方面，本发明实施例提出了一种用于路径规划的搜 索方法，所述搜索方法包括以下步骤：a)对对应路径图的路径规划方案的 种群中各个个体进行初始化，其中每个个体S包括按照所述路径图对各个 车辆规划的任务回路序列，每个任务回路中包括一个车辆对应的回路任务 序列；b)对每个个体S依次执行传统步长的局部搜索和大于所述传统步长 的可变步长局部搜索，以获得对应的局部最优解个体S’；c)根据每个个体 对应的所有回路总消耗和/或每个个体违背容量约束的程度对所有的局部 最优解个体S’进行排序；以及d)根据所述排序确定所述路径图的最优路 径规划方案。

根据本发明进一步的实施例，所述步骤a包括：对所述路径图对应的 所有任务边进行编号，其中每个任务边以其对应的两个端点表示；以及对 于每个车辆对应的回路任务序列，从所有任务边的未选取任务编号中选择 可在不违反容量约束条件的条件下插入对应序列的任务编号。

根据本发明进一步的实施例，所述步骤b包括：首先对每个个体S执 行所述传统步长的局部搜索，获得对应的第一局部最优解个体S1；对每个 第一局部最优解个体S1执行所述可变步长的局部搜索，获得对应的第二局 部最优解个体S2；以及再次对每个第二局部最优解个体S2执行所述传统 步长的局部搜索，获得所述对应的局部最优解个体S’。

根据本发明进一步的实施例，所述可变步长局部搜索包括：从每个个 体包含的任务回路序列中选择部分任务回路，并将所述部分任务回路对应 的车辆回路任务序列融合为一个任务序列；按照所选任务不违背容量约束 且任务之间距离最近的条件，从所述融合任务序列依次选择任务进行排序； 利用Ulusoy划分算法将所述排序的任务重新划分为回路，以使得重新划分 后每个回路产生的额外消耗最小；以及以所述重新划分的回路来替换所述 部分任务回路。

根据本发明再一步的实施例，若每次选择时存在多个任务满足所述条 件，进一步利用下面多个规则中至少一个比较所述多个任务以选择一个任 务进行当前排序；所述多个规则包括：1.最大化任务与仓库之间的距离； 2.最小化任务与仓库之间的距离；3.最大化任务的需求量与服务消耗之比； 和4.最小化任务的需求量与服务消耗之比。进一步地，若当前排序中任务 的总需求量小于容量的一半，采取所述规则1；否则采取所述规则2。