[发明专利]一种基于使用负载均衡及寿命优化的混合自行车分配方法

摘要

本发明公开了一种基于使用负载均衡及寿命优化的混合自行车分配。本发明步骤如下：实验数据集的获取，通过公共自行车系统官网获取公共自行车用户使用历史记录；对获取的公共自行车使用历史记录数据集合进行预处理；受到Cache替换算法的启发，得出混合自行车分配模型；选取方法有效性的评价标准；对混合自行车分配模型有效性的验证；以公共自行车寿命模型为前提，结合混合自行车分配模型，对公共自行车的使用寿命进行优化，进而验证混合自行车分配模型在公共自行车系统中对自行车寿命优化的有效性。本发明能够有效地缓解系统中公共自行车使用负载不均衡的现象和降低系统中公共自行车的损耗率，从而降低系统的维修成本和替换自行车的比例。

主权项

一种基于使用负载均衡及寿命优化的混合自行车分配方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、实验数据集的获取；通过公共自行车系统官网获取公共自行车用户使用历史记录，一条公共自行车使用历史记录的数据trip＝(So,to,Sd,td,bk,Dt)，数据包括6个部分：出发地So、出发时间to、目的地Sd、归还时间td、自行车标识bk和借用时间Dt，其中借用时间Dt就是出发时间to和归还时间td两者之间的时间差；步骤2、对步骤1获取的公共自行车使用历史记录数据集合进行预处理；2‑1.初始化历史记录数据集合，以便获得每个时刻所有自行车bk所在的站点选取用户当前借车时刻至前9个月的历史记录数据；对于自行车bk，按照逆时间的顺序遍历搜索所有历史记录数据来寻找自行车bk最后停靠的站点，即可得到当前时刻自行车bk所在的站点步骤3、基于Cache替换算法，得出混合自行车分配模型，具体如下：LFU模型：将最近一段时间Twin内使用量最少的自行车推荐给用户，以此来增加低频率使用的自行车的使用量，并降低高频率使用的自行车的使用量；具体步骤如下：3‑1.针对用户的出发时间to及到达的出发地So，统计出to时刻在站点So所拥有的自行车集合3‑2.针对自行车集合中的自行车，统计出每辆自行车最近一段时间Twin内的使用量寻找出使用量最少的自行车bk*，将其推荐给用户；LFU模型为：bk*=argminbkUbk]]>s.t.Ubk=|TripSetbk,to|TripSetbk,to={tripi|tripi.b=bk,to-Twin≤tripi.to≤to,i=1,2,...H}bk∈CSo,toCSo,to={bj|Vbj,to=So,j=1,2,...m}]]>其中：参数表示在时间to时自行车bj所在的站点；表示在时间to时自行车bk在最近一段时间Twin内的使用历史记录数据集合；LTU模型：将最近一段时间Twin内累积使用时长最少的自行车推荐给用户，以此来增加低频率使用的自行车的累积使用时长和降低高频率使用的自行车的累积使用时长；具体步骤如下：3‑3.针对用户的出发时间to及到达的出发地So，统计出to时刻在站点So所拥有的自行车集合3‑4.针对自行车集合中的自行车，统计出每辆自行车最近一段时间Twin内的累积使用时长寻找出累积使用时长最少的自行车将其推荐给用户；LTU模型为：bk*=argminbkUbk]]>s.t.Tbk=Σtripi∈TripSetbk,totripi.DtTripSetbk,to={tripi|tripi.b=bk,to-Twin≤tripi.to≤to,i=1,2,...H}bk∈CSo,toCSo,to={bj|Vbj,to=So,j=1,2,...m}]]>FIFO模型：将最近一段时间内最先被归还到站点的自行车推荐给用户使用，延长自行车被使用的时间间隔，以此来降低高频率使用的自行车的使用频次；Random模型：用户在某个时间点到达某个站点借车，随机地选择一辆自行车推荐给用户，以此降低用户主观意识选车对公共自行车使用不均衡现状的影响；步骤4、选取方法有效性的评价标准；选取自行车最大使用量maxU和最大累积使用时长maxT作为判断实验模型有效性的标准，为了更进一步说明系统资源是否达到均衡使用，根据负载均衡度的定义，同样引入了自行车使用量均衡度eU和累积使用时长均衡度eT，均衡度越接近1，说明公共自行车的使用越均衡；其中：maxU=max{Ubk}]]>maxT=max{Tbk}]]>eU=averUmaxU]]>eT=averTmaxT]]>其中，参数averU表示自行车平均使用量；averT表示自行车平均累积使用时长；步骤5、对混合自行车分配模型有效性的验证；为了验证本发明所提出方法的有效性，应该把该方法应用到真实生活中，然而在对用户进行自行车使用分配的时候需要用到实时的自行车记录集，这部分数据在现有条件是无法获取；因此当用户去某个租赁点借自行车时，按照本发明提出的模型分配自行车给用户使用，然后通过交换自行车历史使用数据实现使用本发明模型获取数据：只改变公共自行车的编号，而不改变它的借车站点和还车站点以及使用自行车时长；步骤6、以公共自行车寿命模型为前提，结合步骤3提出的混合自行车分配模型，对公共自行车的使用寿命进行优化，进而验证混合自行车分配模型在公共自行车系统中对自行车寿命优化的有效性。