[发明专利]改进的帝国竞争算法解决柔性作业车间调度问题

摘要

本发明提出了一种改进的帝国竞争算法求解柔性作业车间调度问题，提出采用两段式的国家个体表达式方法，另一方面，为了提高算法初始国家群体的质量，提出三种初始化方法相混合的方法。为提高算法运行效率和防止算法过早收敛，在帝国内部进行同化操作和革命操作的时候，采用0‑1均匀分布随机数的方式，通过随机概率来选择殖民地国家并进行相应的操作。提出中立国群体，革命操作完成后将所有帝国中最强帝国的帝国主义国家保存到中立国中。帝国之间的竞争操作中增加使用中立国中的国家替换掉最弱的帝国主义国家个体。最后，通过柔性作业车间调度问题实例进行验证，计算结果证明提出的方法是有效的，也给出了最优解的调度甘特图。

主权项

1.一种改进帝国竞争算法解决柔性作业车间调度的方法，其特征在于，该改进的帝国竞争算法步骤如下：步骤1：参数设置，设置帝国竞争算法求解柔性作业车间调度问题的相关参数，包括：国家数量Npop、帝国主义国家数量Nimp、殖民地国家数量Ncol、迭代次数Niter，帝国内部同化概率Pcimp，帝国内部革命概率Pmimp，殖民地国家影响因子α，中立国群体数量为国家数量的10％；其中，Npop＝Nimp+Ncol，0NCimp＝round{pimp×Ncol}其中，Cimp是cimp标准化代价，cimp是第imp个帝国主义国家的成本函数值，pimp是标准化势力大小，round是一个将小数四舍五入成整数的函数，NCimp是第imp个帝国主义国家的初始殖民地国家数量；从Ncol个殖民地国家中随机选择相应个数的国家分配给各个帝国主义国家，国家势力相对强大的帝国主义国家被分配到的殖民地国家数量就会多，帝国主义国家和它所拥有的殖民地国家形成初始的Nimp个帝国；步骤5：帝国内部进行同化操作，帝国内部的殖民地国家与帝国主义国家之间进行同化操作，使得殖民地国家不断向帝国主义国家移动；在殖民地国家中选择一部分个体进行同化操作，选择步骤为：1)随机产生与该帝国所属殖民地国家数量相等的向量向量R_c中的每个变量服从[0,1]均匀分布；2)向量Rc中的值小于帝国内部同化概率Pcimp的殖民地国家作为同化操作对象；国家个体采用两段式表达方法，当殖民地国家与帝国主义国家进行信息交换时，分别对两个部分进行操作，确保同化操作后的国家仍是可行的；加工机器部分：此部分必须保证国家个体表达式的先后顺序保持不变；1)在[1L]之间随机产生一个整数r，r＝rand(1,L)；2)在[1L]之间产生r个互不相等的整数组成的序列R；3)按照序列R中的顺序，依次将对应位置上的数字替换掉殖民地国家加工机器部分表达式中的数字；加工工序部分：将殖民地国家的加工工序部分与帝国主义国家的加工工序部分进行信息交换，更新殖民地国家的加工工序部分，按照下面的步骤进行操作：1)将所有工件J＝{J1,J2,...,Jn}随机划分为两个工件集Jobset1和Jobset2；2)随机选择其中一个工件集Jobset；3)复制帝国主义国家中包含在工件集Jobset中的工件到新的殖民地国家，保持它们的位置和顺序；4)将殖民地国家中不包含在工件集Jobset中的工件复制到新的殖民地国家中，保持它们的顺序；步骤6：帝国内部进行革命操作，帝国内部的殖民地国家为防止同化作用造成过早收敛，需要进行革命操作；在殖民地国家中选择一部分个体进行革命操作，殖民地国家选择步骤为：1)随机产生与该帝国所属殖民地国家数量相等的向量向量R_c中的每个变量服从[0,1]均匀分布；2)向量Rc中的值小于帝国内部革命概率Pmimp的殖民地国家作为同化操作对象；1)在加工机器部分，随机选择某个加工机器，然后用对应机器集中的其他机器代替它；2)在加工工序部分，随机选择两个位置上的工序进行交换；步骤7：帝国内部判断是否更换帝国主义国家，对各个帝国内部的国家进行成本计算，将成本最小的殖民地与其所属的帝国主义国家进行比较，如果比帝国的成本还低，就替换该帝国主义国家，而成为统治者，如果所有帝国中的最强帝国的势力比中立国中最弱的要好，就替换掉中立国中最弱的国家，更新中立国群体；反之，不更新；步骤8：帝国之间的竞争操作，首先，势力最强的帝国占有势力最弱的帝国中的殖民地，使得强大的帝国更加强大，弱小的帝国更加弱小；具体的操作步骤如下：1)计算每个帝国的总成本函数值，也就是总的势力大小，包括帝国主义国家和所属的殖民地国家，计算公式为：其中，TCimp表示第imp个帝国的总成本值，f(imp)表示第imp个帝国主义国家的成本值，α是殖民地国家影响因子，其大小决定了殖民地国家对整个帝国势力的影响程度，且0<α<1；2)依据上述1)中计算的每个帝国的总成本值，选择最弱的帝国中最弱的殖民地作为各个帝国间竞争的对象，势力越大的帝国越有可能占有该殖民地国家，每个帝国占有最弱殖民地国家的占有概率按照下式进行计算，其中，TCimp和NTCimp分别是第imp个帝国的总成本和标准化总代价，pimp是第imp个帝国占有殖民地的概率；每个帝国的占有概率计算完毕后，形成一个概率向量P：3)对形成的每个帝国的占有概率值进行处理；随机生成一个与向量P同维的，且每个变量服从在[0,1]区间均匀分布的向量R，将向量P和R进行相减操作，产生向量D；在向量D中，dk(0＜k≤Nimp)是经过调整改进后的每个帝国的势力大小，将最弱的殖民地国家分配给D中最大值，也就是势力最强的帝国；4)将中立国中势力最强的国家个体，替换掉最弱帝国中的帝国主义国家；步骤9：弱势帝国的灭亡，删除掉没有殖民地的帝国，该帝国灭亡；步骤10：计算每个国家成本；步骤11：判断算法是否终止，依据参数中对算法停止条件的设定，判断算法是否终止，若算法终止，则输出运行结果；反之，算法还没有终止，则回到步骤5继续执行。