粒子群算法在组合优化问题上的应用研究

粒子群算法在组合优化问题上的应用研究

论文摘要

组合优化问题在现实生活中有着广泛的应用,由于存在大量的NP-难问题,用传统方法求解非常困难,目前主要以启发式计算求解为主。粒子群算法是一种较新的群智能优化算法,其原理简单,性能优秀且易于实现,近年来逐步被运用来求解组合优化问题。多背包问题是一类典型的组合优化问题,目前常用的处理方法是采用二进制编码方式构建粒子模型,并用二进制的离散粒子群算法求解。这种粒子编码方式在问题规模较小的时候,求解效果不错,但随着规模的加大,尤其是背包数的增大,粒子的编码长度将成倍增加,严重影响到算法的求解效率。针对二进制编码方式存在的缺点,本文采用整数编码方式构建了粒子模型,在粒子更新方式上,本文放弃了传统的连续迭代取整的处理方法,采用了交换粒子群算法中粒子交换运动的思想,改进了粒子的运动模式,重新构建粒子更新公式,并通过加入运动系数参数,使算法有效地克服了易陷入局部极值的缺点。通过对多组多背包问题的求解对比,改进后的基于交换原理的粒子群算法,无论是在求解精度和算法耗时上,都远远优于二进制离散粒子群算法。粒子群算法对于普通车辆路径问题有着不错的求解效果,但在加入了时间窗约束的车辆路径问题上,已有文献算法的求解质量并不高。本文分析了其中粒子更新方式的不合理之处,采用改进的基于交换原理的离散粒子群算法和排序粒子群算法结合,构建粒子双层的进化方式。算法在8个任务点的通用算例的求解中,取得了很好的效果,求解精度达到了100%,远高于现有文献。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 课题背景及意义
  • 1.2 课题的研究现状
  • 1.3 论文主要研究内容
  • 1.4 论文结构
  • 2 解决组合优化问题的几种粒子群算法
  • 2.1 基本粒子群算法
  • 2.2 二进制离散粒子群算法
  • 2.3 取整粒子群算法
  • 2.4 交换粒子群算法
  • 2.5 排序粒子群算法
  • 2.6 小结
  • 3 改进的基于交换原理的离散粒子群算法
  • 3.1 交换粒子群算法的局限性
  • 3.2 运算法则的改进
  • 3.3 粒子运动系数的加入
  • 3.4 算法机理分析
  • 3.5 参数选择
  • 3.6 小结
  • 4 改进的离散粒子群算法求解多背包问题
  • 4.1 多背包问题的数学模型
  • 4.2 编码方式
  • 4.2.1 二进制编码
  • 4.2.2 整数编码
  • 4.3 求解算法
  • 4.4 数据实验
  • 4.4.1 3背包15物品实验
  • 4.4.2 3背包100物品实验
  • 4.4.3 5背包200物品实验
  • 4.4.4 物品数和背包数增加效果测试
  • 4.4.5 与取整粒子群算法比较
  • 4.4.6 算法一致性测试
  • 4.5 小结
  • 5 改进的离散粒子群算法求解带时间窗车辆路径问题
  • 5.1 带时间窗车辆路径问题的数学模型
  • 5.2 编码方式
  • 5.3 求解算法
  • 5.4 数据实验
  • 5.4.1 8任务点实验
  • 5.4.2 20任务点实验
  • 5.5 小结
  • 6 总结和展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 相关论文文献

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