一種基于改進(jìn)差分進(jìn)化算法的拼船/車(chē)運(yùn)輸優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種拼船/車(chē)運(yùn)輸優(yōu)化方法，特別涉及一種基于改進(jìn)差分進(jìn)化算法的 拼船/車(chē)運(yùn)輸優(yōu)化方法，屬于運(yùn)輸優(yōu)化與智能計(jì)算研究技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型船舶單位貨物的運(yùn)輸成本一般遠(yuǎn)低于小型船舶。當(dāng)各批次零散貨物的生產(chǎn)地 點(diǎn)相對(duì)集中于生產(chǎn)地區(qū)，銷(xiāo)售地點(diǎn)也相對(duì)集中于銷(xiāo)售地區(qū)，而生產(chǎn)地區(qū)與銷(xiāo)售地區(qū)距離較 遠(yuǎn)時(shí)，通過(guò)制定合理方案將不同產(chǎn)地的零散貨物拼裝成大船運(yùn)輸可有效提高經(jīng)濟(jì)效益。
[0003] 拼船運(yùn)輸應(yīng)用范圍較廣，例如進(jìn)口原油的遠(yuǎn)洋拼船運(yùn)輸?shù)?。拼船運(yùn)輸一般由貨物 收集、長(zhǎng)途運(yùn)輸與貨物分送三個(gè)過(guò)程組成。具體是指：大型船泊依次經(jīng)過(guò)不同的產(chǎn)地并將各 產(chǎn)地的零散貨物收集起來(lái)，經(jīng)長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)诌_(dá)銷(xiāo)售地區(qū)后再依次經(jīng)過(guò)不同的銷(xiāo)地并在銷(xiāo)地卸 載相應(yīng)批次的零散貨物。
[0004] 拼船運(yùn)輸優(yōu)化的目標(biāo)是尋找最優(yōu)方案，使參與貨物收集與貨物分送的所有船舶的 總運(yùn)費(fèi)最低。拼船運(yùn)輸優(yōu)化的限制條件包括供需平衡及單船額定載重等。
[0005] 所謂供需平衡限制是指：所有裝港的貨物供應(yīng)總量等于所有卸港的貨物需求總 量；單船的裝貨量等于卸貨量；任一裝港的貨物供應(yīng)量等于所有船舶在該港的貨物分裝 量；任一卸港的貨物需求量等于所有船舶在該港的貨物分卸量。所謂額定載重限制是指： 每船的貨物運(yùn)輸量都要小于等于該船的額定載重。
[0006] 拼船運(yùn)輸優(yōu)化屬于NP完全問(wèn)題（Non-deterministic Polynomial的問(wèn)題，多 項(xiàng)式復(fù)雜程度的非確定性問(wèn)題），常選用差分進(jìn)化等智能算法予以求解。差分進(jìn)化算法 (Differential Evolution，DE)是Storn和Price于1995年提出的一種隨機(jī)并行搜索算 法，具有很強(qiáng)的全局搜索能力。DE是一種基于群體變異的進(jìn)化算法，其實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：首先根 據(jù)個(gè)體之間的差異得到變異種群，而后通過(guò)變異個(gè)體與父代個(gè)體的基因交叉操作得到中間 個(gè)體，最后將中間個(gè)體與父代種群中的相應(yīng)個(gè)體進(jìn)行一對(duì)一的競(jìng)爭(zhēng)，選取優(yōu)勝者進(jìn)入父代 種群繼續(xù)進(jìn)化過(guò)程。DE具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，控制參數(shù)少，穩(wěn)定性強(qiáng)，全局收斂等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣 泛應(yīng)用于約束優(yōu)化計(jì)算領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種高效計(jì)算拼船/車(chē)運(yùn)輸方案的優(yōu)化方法。
[0009] (二）技術(shù)方案
[0010] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于改進(jìn)差分進(jìn)化算法的拼船/車(chē)運(yùn)輸 優(yōu)化方法，包括如下步驟：
[0011] -種基于改進(jìn)差分進(jìn)化算法的拼船/車(chē)運(yùn)輸優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步 驟：
[0012] S1 :確定貨物拼運(yùn)輸工具運(yùn)輸?shù)呐鋵?duì)染色體編碼方案，設(shè)定染色體基因信息；
[0013] S2 :配置染色體進(jìn)化參數(shù)；
[0014] S3 :生成配對(duì)染色體編碼對(duì)應(yīng)的初始種群；
[0015] S4 :計(jì)算初始種群的總適應(yīng)值，包括總適應(yīng)值、供給半適應(yīng)值及需求半適應(yīng)值；
[0016] S5 :對(duì)種群進(jìn)行變異與交叉操作，生成子代種群，并計(jì)算子代種群適應(yīng)值；
[0017] S6:按染色體進(jìn)化參數(shù)，在子代種群中選擇部分半適應(yīng)值較優(yōu)的染色體編碼方案， 局部進(jìn)化半適應(yīng)值較差的染色體并更新適應(yīng)值；
[0018] S7:按適應(yīng)值優(yōu)劣，父代實(shí)數(shù)編碼染色體與子代實(shí)數(shù)編碼色體競(jìng)爭(zhēng)生存并優(yōu)化種 群，更新適應(yīng)值；
[0019] S8 :判斷是否滿足終止條件，如果不滿足則返回S5生成新的種群并重新計(jì)算適應(yīng) 值，如此循環(huán)直至滿足終止條件，如果滿足則優(yōu)化結(jié)束輸出最優(yōu)方案。
[0020] 其中較優(yōu)地，所述確定貨物運(yùn)輸?shù)呐鋵?duì)染色體編碼方案的步驟具體包括：
[0021] 將貨物運(yùn)輸過(guò)程的貨物收集方案、貨物分送方案分解為整數(shù)編碼的供應(yīng)單染色體 與整數(shù)編碼的需求單染色體配對(duì)編碼。
[0022] 其中較優(yōu)地，所述設(shè)定染色體基因信息的步驟具體包括：
[0023] 分解各批次貨物，并編號(hào)；
[0024] 標(biāo)記各貨物供應(yīng)地和貨物卸載地并編號(hào)；
[0025] 對(duì)運(yùn)輸工具編號(hào)并標(biāo)記各運(yùn)載工具的額定運(yùn)載量；
[0026] 將供需貨物批次編號(hào)和運(yùn)輸工具編號(hào)作為染色體基因；
[0027] 將貨物供應(yīng)地編號(hào)、貨物卸載地編號(hào)、運(yùn)輸工具序號(hào)作為貨品的屬性附著于染色 體相應(yīng)位置的基因上。
[0028] 其中較優(yōu)地，所述染色體進(jìn)化參數(shù)包括染色體交叉概率、小概率交叉的交叉概率、 染色體交叉總代數(shù)和種群的數(shù)量。
[0029] 其中較優(yōu)地，所述生成配對(duì)染色體編碼對(duì)應(yīng)種群的步驟具體包括：
[0030] 按預(yù)先設(shè)置的染色體進(jìn)化參數(shù)，生成實(shí)數(shù)編碼的供應(yīng)單染色體與需求單染色體；
[0031] 分別將供應(yīng)單染色體與需求單染色體的基因?qū)崝?shù)按大小順序排列，生成整數(shù)編碼 的單染色體。
[0032] 其中較優(yōu)地，所述生成整數(shù)編碼的單染色體的步驟具體包括：
[0033] 分別獲取每個(gè)染色體基因?qū)崝?shù)的編號(hào)；
[0034] 將每個(gè)染色體基因?qū)崝?shù)的編號(hào)放置在染色體基因?qū)崝?shù)對(duì)應(yīng)的位置；
[0035] 得到排序后的整數(shù)編碼染色體。
[0036] 其中較優(yōu)地，所述計(jì)算種群的適應(yīng)值的步驟具體包括：
[0037] 區(qū)分染色體中貨物編號(hào)和運(yùn)輸工具編號(hào)；
[0038] 按貨物編號(hào)與運(yùn)輸工具編號(hào)之間的位置關(guān)系確定貨物對(duì)應(yīng)的運(yùn)輸工具；
[0039] 按貨物編號(hào)定位貨物供應(yīng)地和貨物卸載地的位置；
[0040] 根據(jù)參與運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸工具和貨物編號(hào)對(duì)應(yīng)的貨物供應(yīng)地和貨物卸載地的位置確 定運(yùn)輸工具運(yùn)輸線路；
[0041] 按運(yùn)輸工具運(yùn)輸線路計(jì)算種群的供給半適應(yīng)值、需求半適應(yīng)值及總適應(yīng)值。
[0042] 其中較優(yōu)地，所述選擇部分半適應(yīng)值較優(yōu)的染色體編碼方案，局部進(jìn)化半適應(yīng)值 較差的染色體并更新適應(yīng)值的步驟具體包括：
[0043] 選擇部分供給半適應(yīng)值較優(yōu)而需求半適應(yīng)值較差的個(gè)體，局部進(jìn)化貨物分送方 案，更新總適應(yīng)值及需求半適應(yīng)值；
[0044] 選擇部分需求半適應(yīng)值較優(yōu)而供給半適應(yīng)值較差的個(gè)體，局部進(jìn)化其貨物收集方 案，更新總適應(yīng)值及供給半適應(yīng)值；
[0045] 得到總適應(yīng)值、供給半適應(yīng)值及需求半適應(yīng)值相對(duì)較好的子代種群。
[0046] 其中較優(yōu)地，所述整數(shù)編碼的供應(yīng)單染色體與整數(shù)編碼的需求單染色體完成各自 的交叉操作的步驟之后還包括：
[0047] 在整數(shù)編碼的供應(yīng)單染色體與整數(shù)編碼的需求單染色體之間按染色體進(jìn)化參數(shù) 以較小的概率交換一個(gè)基因位，生成最終的子代供應(yīng)單染色體與整數(shù)編碼的需求單染色 體；
[0048] 對(duì)供應(yīng)單染色體與整數(shù)編碼的需求單染色按基因?qū)崝?shù)大小排序，生成新的供應(yīng)單 染色體與整數(shù)編碼的需求單染色體。
[0049] 其中較優(yōu)地，所述父代實(shí)數(shù)編碼染色體與子代實(shí)數(shù)編碼色體競(jìng)爭(zhēng)生存并優(yōu)化種群 的步驟具體包括：
[0050] 將子代實(shí)數(shù)編碼染色體中的優(yōu)秀基因替換父代實(shí)數(shù)編碼染色體基因，更新父