[发明专利]一种基于黏菌导航针对制造企业物流的寻优算法

权利要求书

1.一种基于黏菌导航针对制造企业物流的寻优算法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：构建黏菌培养环境，培养黏菌的原生质团，进行多食物源黏菌摄食实验，黏菌在把所有食物源通过摄食网络连接在一起时，在平面上使原质团尽量铺开，铺张过程中逐渐形成摄食网络，得到黏菌导航寻优的摄食网络管道模型；

步骤二：基于黏菌导航寻优的正反馈机制，构建黏菌导航寻优算法，提出启发式规则，设计非最短路径淘汰模型；

步骤三：基于黏菌导航寻优算法，构建车间二次分配问题模型，设计涵盖最小物流量、最大面积利用率和网络交叉拥堵修正参数的多目标函数，设置包括边界约束和间距约束的约束条件；

步骤四：针对制造企业物流系统中的物料搬运问题，以无人搬运小车的运行路径为对象，以最短路径长度为目标，以避免冲突碰撞为重点约束条件，构建多辆无人搬运小车的路径寻优模型，实现制造企业物流的运行优化过程。

2.如权利要求1所述的一种基于黏菌导航针对制造企业物流的寻优算法，其特征在于步骤二中，设计非最短路径淘汰模型的过程为：根据黏菌导航寻优机制的数学表达，能够得知若要得到最优路径，则需要随着时间推移也就是迭代次数的增加，使得较差的路径管道的通导性越来越低，直到低于一个固定值后，视为该管道消失，最终最优管道的通导性将会稳定数值，总流量D只从一条最优路径通过，而达到总流量D的各个节点之间即可连接成一条最优路径；以此构建黏菌算法，具体步骤如下：

1)根据黏菌导航寻优的摄食网络管道模型，获得网络管道的节点及各边管道；

结合黏菌摄食网络中的流体和流量的概念，数学模型采用哈根-泊肃叶公式和基尔霍夫定律；假设节点i和节点j处的压力分别为P_i、P_j，连接两个节点的管道长度为L_ij、半径为r_ij，两节点间的体积流量为Q_ij；假设流动形态为层流，则运用哈根-泊肃叶方程可以得到：

其中，η表示粘滞系数，用来衡量管道的传导性，r表示管道半径；令D_ij的初始为全1矩阵，假设从入点和出点流过的总流量为I₀；根据流量守恒原则，管道中的流量应满足基尔霍夫方程组：

由此先进行初始化，按照初始布局情况设置节点的坐标和各边管道的长度，确定流入点和流出点，设各边管道的当前传导性矩阵为全1矩阵，流量矩阵为全0矩阵；起点压力为0，M表示管道的各条边总数，设置迭代计数器N:＝0；

2)计算各节点压力值：将管道的当前传导性和管道边长代入公式(2)，并令P_j＝0，可求出任意节点的压力；

3)计算各边管道的流量：由步骤2)求得各节点压力值后，代入公式(1)计算各管道的流量；

4)根据黏菌导航寻优的摄食网络管道模型，设置相应的迷宫模型，首先给出自适应方程的生物学价值，以使迷宫模型更符合黏菌的仿生学特性；黏菌在把所有食物源通过摄食网络连接在一起的铺张过程中，如果摄食获得的能量大于铺张消耗的能量，则管道变得更厚；如果铺张消耗的能量大于摄食获得的能量，则管道收缩，管网厚度的变化也会导致流量分布的变化；

首先对能量、流量、传导性定义一组函数：

E＝f(Q) (3-1)

E＝g(D) (3-2)

ΔD＝h(E) (3-3)

公式(3-1)表示的流量可以为管道提供多大的能量；公式(3-2)表示传导性的管道需要消耗多少能量；公式(3-3)表示能量对传导性的改变量；

适应性方程表示为：

即为：

其中，Ps、Pe分别表示起点和终点，γ是管道消亡率，f是一个单调递增函数，且f(0)＝0；

适应性方程表示管道传导性随流量变化的趋势，结合流量Qij和当前时刻的传导性Dij，可计算下一阶段的各边管道的传导性；

5)判断：若存在边E_ij满足|D_ij(N+1)-D_ij(N)|≤10^-3，则迭代结束，进入下一步骤；否则，设置迭代计数器N:＝N+1，返回至步骤3)重复计算；

6)结束计算，得到本次迭代的最短网络路径。