基于蚁群算法的海防部队车辆路径优化问题研究

论文摘要

出行者在出行之前,感兴趣的是从起点到终点如何找到一条最佳路径,物流管理中的运输配送问题亦是如此,追求速度、成本、效益等方面综合最优的指标。而车辆路径问题(VRP)是物流配送中非常重要的一个环节,无论在民用领域还是军事范畴,不管在平时保障抑或战时补给,都具有较高的应用价值,目前已成为众多学者竞相研究的热点问题。本文以现代物流的相关理论为基石,紧密结合当前我军后勤体制改革的要求,以提升海防部队快速保障能力这个中心目标展开研究。通过探讨军事物流的特点和现实意义,将对军事物流影响较大的车辆调度问题,具体转化为对海防部队VRP问题进行深入研究,期间引出优化解决此问题的蚁群算法(ACA),分析研究了算法的原理性能和系统模型,并针对基本蚁群算法容易陷入局部最优解的不足,对其进行了改进。为了贴近海防部队驻地配置分散、道路错综复杂、任务需求多变等实际情况,本文建立了两种实用模型:有容量限制的多目标配送优化问题模型和带时间窗的车辆路径问题(VRPTW)模型,分别探讨了在部队需求量不同和任务时限要求不同情况下的VRP问题,并通过蚁群算法对其实现。此外,本文还结合实验分析,详细研究了参数对蚁群算法的影响,有针对性地拟定了蚁群算法应用于海防部队VRP问题时的各种参数的最佳配置组合,在实际应用中具有较高的参考价值。本文最后结合“快速出兵”、“合理配送”和“精确保障”三个案例,用蚁群算法分别对参数设置、有容量限制的VRP和有时间窗约束的VRP进行了验证、分析和评价,取得了一些有建设性的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及研究目的和意义
• 1.1.1 当前课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的目的及其对海防部队后勤保障的意义
• 1.1.3 课题的提出
• 1.2 本文研究的主要内容结构及创新点
• 1.2.1 课题主要研究内容
• 1.2.2 本课题研究的创新点
• 1.2.3 论文的篇章结构
• 第二章 军事物流保障及车辆路径优化问题概况研究
• 2.1 物流配送的概念及组成
• 2.1.1 物流相关概念
• 2.1.2 物流运输和配送的组成
• 2.1.3 现代物流的特点和功能
• 2.2 现代军事物流研究
• 2.2.1 军事物流的概念理解
• 2.2.2 现代军事物流与传统军事物流的对比分析
• 2.2.3 现代军事物流的特点及海防部队物流要求
• 2.3 物流管理调度中车辆路径问题简介及研究现状
• 2.3.1 VRP 简介及分类
• 2.3.2 VRP 问题的发展进程
• 2.3.3 海防部队车辆路径优化模型简介
• 第三章 海防部队车辆路径优化问题的蚁群算法设计
• 3.1 蚁群算法及其海防部队VRP 中的应用模型
• 3.1.1 蚁群算法的提出及其原理
• 3.1.2 应用于海防部队物流的蚁群算法的基本模型
• 3.1.3 蚁群算法实现海防部队配送的基本流程
• 3.1.4 基本蚁群算法求解海防部队VRP 的分析评估
• 3.2 针对海防部队实际情况改进蚁群算法
• 3.2.1 基本蚁群算法的优点和不足及其原因分析
• 3.2.2 针对不足改进蚁群算法
• 3.3 海防部队物流保障中有运力限制VRP 问题的蚁群算法实现
• 3.3.1 蚁群算法求解海防部队VRP 问题的总体思路
• 3.3.2 与应用算法设计相关的图论概念
• 3.3.3 蚁群算法求解VRP 时应明确和注意的问题
• 3.3.4 蚁群算法应用于海防部队VRP 问题的设计规则
• 3.3.5 蚁群算法对海防部队有容量限制VRP 问题的求解及实现流程
• 第四章 带时间窗约束的海防部队车辆路径问题研究
• 4.1 带时间窗的车辆路径问题（VRPTW）
• 4.1.1 时间窗相关概念
• 4.1.2 带时间窗的车辆路径问题的结构和特点
• 4.2 海防部队遂行抗灾抢险保障任务中VRPTW 的建模及求解
• 4.2.1 偏离时间约束时的惩罚函数
• 4.2.2 海防部队抗灾抢险保障任务中VRPTW 模型的建立
• 4.2.3 求解抗灾抢险中VRPWT 模型的蚁群算法设计
• 第五章 海防部队VRP 问题中蚁群算法参数配置研究
• 5.1 参数对蚁群算法求解海防部队VRP 问题性能的影响分析
• 5.1.1 信息素和启发函数对求解海防部队VRP 算法性能的影响
• 5.1.2 信息残留因子对求解海防部队VRP 算法性能的影响
• 5.1.3 信息启发因子对海防部队VRP 优化蚁群算法性能的影响
• 5.1.4 期望启发式因子对求解海防部队VRP 蚁群算法性能的影响
• 5.1.5 蚂蚁数目对求解海防部队VRP 蚁群算法性能的影响
• 5.1.6 信息素强度（Q）对求解海防部队VRP 蚁群算法性能的影响
• 5.2 求解海防部队VRP 算法的参数最佳组合配置研究
• 5.2.1 关键参数最佳组合配置的研究
• 5.2.2 实际应用中设置参数应注意的问题及选择参数“三步走”方法
• 5.2.3 设置适合本部队VRP 问题的最优组合参数
• 第六章 案例分析
• 6.1 案例1：参数优化设置应用案例――最短路径快速出兵
• 6.1.1 海防部队快速出兵问题的提出
• 6.1.2 案例1 问题的求解步骤及结果
• 6.2 案例2：多目标可行解优先案例――节约运力合理配送
• 6.2.1 海防部队有容量限制配送优化问题的提出
• 6.2.2 案例2 问题的求解及分析评价
• 6.3 案例3：带时间窗路径优化案例――按时供给精确保障
• 6.3.1 海防部队按时间节点配送实现精确保障问题的提出
• 6.3.2 案例3 问题的归纳和求解
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果