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变邻域搜索分布估计算法求解舰载机保障作业调度问题

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系统科学与数学 2024年第2期44卷 391-407页

作者：刘翱武汉科技大学管理学院武汉430065 武汉科技大学服务科学与工程研究中心武汉430065

针对多资源、多约束的资源受限舰载机保障作业调度问题,提出了一种求解该问题的基于变邻域搜索的分布估计算法.首先,建立了考虑站位、设备、作业的优先级和安全性等约束的调度模型,该模型以舰载机保障作业的总完成时间和舰载机移动次数... 详细信息

针对多资源、多约束的资源受限舰载机保障作业调度问题,提出了一种求解该问题的基于变邻域搜索的分布估计算法.首先,建立了考虑站位、设备、作业的优先级和安全性等约束的调度模型,该模型以舰载机保障作业的总完成时间和舰载机移动次数的加权和最小化为目标;其次,结合问题特征分析,提出了最早可用设备规则,对偶站位交换规则等两类启发式规则,定义了基于序置换排列的解的编码方式;再次,提出了分布估计算法(EDA)的概率分布更新模型,以及基于工序插入、交换、反转等邻域操作的变邻域搜索策略,设计了基于变邻域搜索的分布估计算法(EDAVNS);最后,基于单波次8架舰载机保障的仿真结果,验证了所提模型对舰载机保障作业调度问题具有较好的实用性.同时,基于5个不同规模的问题集的分析结果表明:与分布估计算法、变邻域搜索、遗传算法、以及只使用插入、交换、反转等单一邻域操作的EDA算法相比,EDAVNS均取得了最优的结果,验证了EDAVNS能有效地求解该问题,并较好地平衡全局探索与局部搜索.

关键词：调度问题保障作业分布估计算法变邻域搜索

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基于分布估计算法实现散斑场聚焦

激光与光电子学进展 2024年

作者：黄惠玲昌成成韩军中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室泉州装备制造研究所中国科学院福建物质结构研究所泉州装备制造研究中心

当激光光束经过白漆、牛奶等强散射介质之后会发生多重散射，最终导致随机散斑的形成。本文提出分布估计算法分别对入射光的振幅和相位进行调制，实现了光束经过散射介质的聚焦。理论分析了调制单元总数和迭代次数对聚焦效果的影响，并... 详细信息

当激光光束经过白漆、牛奶等强散射介质之后会发生多重散射，最终导致随机散斑的形成。本文提出分布估计算法分别对入射光的振幅和相位进行调制，实现了光束经过散射介质的聚焦。理论分析了调制单元总数和迭代次数对聚焦效果的影响，并进一步探讨了在不同噪声水平下，分别通过分布估计算法、遗传算法、粒子群算法和连续顺序算法进行相位调制后目标位置处光强增强倍数的变化情况。结果表明，分布估计算法的调制收敛速度更快，抗噪性能更好，聚焦效果更优。

关键词：分布估计算法聚焦强散射介质反馈优化算法调制

混合流水车间批处理机调度的混合分布估计算法

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智能制造 2024年第2期 106-111页

作者：韩树贤赵文普闫华中国空空导弹研究院河南洛阳471000

针对某高端装备制造企业总装车间内存在的批处理工序含多道子工序的生产调度问题,以最大完工时间为优化目标建立了该问题的数学模型,并提出一种混合分布估计算法对模型进行求解。该混合分布估计算法将遗传算法中的交叉和变异操作引入分... 详细信息

针对某高端装备制造企业总装车间内存在的批处理工序含多道子工序的生产调度问题,以最大完工时间为优化目标建立了该问题的数学模型,并提出一种混合分布估计算法对模型进行求解。该混合分布估计算法将遗传算法中的交叉和变异操作引入分布估计算法,克服了分布估计算法局部搜索能力弱和遗传算法全局搜索能力弱的不足。另外,使用设计实验对算法中的学习率α和优势个体占比β进行确定,最后经过车间实例测试,混合分布估计算法求解能力优于分布估计算法和遗传算法,验证了算法的有效性,并将车间效率提升29.68%。

关键词：并行批处理机分布估计算法遗传算法基于位置的交叉

融合注意力机制的增强受限玻尔兹曼机驱动的交互式分布估计算法

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自动化学报 2023年第10期49卷 2188-2200页

作者：暴琳孙晓燕巩敦卫张勇中国矿业大学信息与控制工程学院徐州221116 江苏科技大学电子信息学院镇江212100

面向用户生成内容(User generated content,UGC)的进化搜索在大数据及个性化服务领域已引起广泛关注,其关键在于基于多源异构用户生成内容构建用户认知偏好模型,进而设计高效的进化搜索机制.针对此,提出融合注意力机制(Attention mechan... 详细信息

面向用户生成内容(User generated content,UGC)的进化搜索在大数据及个性化服务领域已引起广泛关注,其关键在于基于多源异构用户生成内容构建用户认知偏好模型,进而设计高效的进化搜索机制.针对此,提出融合注意力机制(Attention mechanism,AM)的受限玻尔兹曼机(Restricted Boltzmann machine,RBM)偏好认知代理模型构建机制,并应用于交互式分布估计算法(Interactive estimation of distribution algorithm,IEDA),设计含用户生成内容的个性化进化搜索策略.基于用户群体提供的文本评论,以及搜索物品的类别文本,构建无监督受限玻尔兹曼机模型提取广义特征;设计注意力机制,融合广义特征,获取对用户认知偏好高度相关特征的集成;利用该特征再次训练受限玻尔兹曼机,实现对用户偏好认知代理模型的构建;根据用户偏好认知代理模型,给出交互式分布估计算法概率更新模型以及物品适应度评价函数,实现物品个性化进化搜索.算法在亚马逊个性化搜索实例的应用验证了用户认知偏好模型的可靠性,以及个性化进化搜索的有效性.

关键词：用户生成内容个性化进化搜索交互式分布估计算法受限玻尔兹曼机

一类具有成组可重入特征单机调度的改进分布估计算法

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运筹与管理 2023年第8期32卷 78-84页

作者：袁帅鹏李铁克王柏琳张文新张卓伦余娜娜北京科技大学经济管理学院北京100083 钢铁生产制造执行系统技术教育部工程研究中心北京100083

从钢铁企业宽厚板热轧生产过程中提炼出一类具有成组可重入特征的单机调度问题。在该问题中,工件需分阶段重复进入同一机器加工,且阶段间存在一定的等待时间,为提升生产效率,允许相邻工件进行成组加工。针对此类具有实际工业应用背景的... 详细信息

从钢铁企业宽厚板热轧生产过程中提炼出一类具有成组可重入特征的单机调度问题。在该问题中,工件需分阶段重复进入同一机器加工,且阶段间存在一定的等待时间,为提升生产效率,允许相邻工件进行成组加工。针对此类具有实际工业应用背景的调度问题,以最大完工时间为目标,首先建立了混合整数线性规划模型,然后证明了问题的强NP难特性,并给出了最优解存在的性质特征,进而开发了一种改进的分布估计算法,为评估算法性能,基于理论分析提出了问题最优解的两个下界。通过与其他三种主流元启发式算法的比较分析,验证了所提算法的有效性。

关键词：单机调度可重入特征成组加工分布估计算法

分布估计算法及其在分布式流水车间调度中的研究

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分布估计算法及其在分布式流水车间调度中的研究

作者：朱波兰州理工大学

学位级别：硕士

在经济全球化背景下,制造业为了应对市场不断产生的新要求,如更短的产品交付时间或者更多样的产品种类等,必须设计实现更加具有竞争力的智能制造系统。车间调度作为制造系统的重要组成部分,一直是学术界和工程应用领域研究的热点。设计... 详细信息

在经济全球化背景下,制造业为了应对市场不断产生的新要求,如更短的产品交付时间或者更多样的产品种类等,必须设计实现更加具有竞争力的智能制造系统。车间调度作为制造系统的重要组成部分,一直是学术界和工程应用领域研究的热点。设计有效的调度方案帮助企业降低生产成本、提高生产效率已成为工业界和学术界亟待解决的“卡脖子”问题。生产调度作为一类典型的组合优化问题,通常具有大规模、非线性、强约束、多目标、高耦合等特点,而大多数生产调度问题也属于NP(Non-deterministic Polynomial)难问题。车间调度的任务是在一定的资源(包括生产物料资源、能源动力资源、加工设备资源、资金技术资源等)约束条件下,合理地安排工件在各个机器上的加工次序,使一个或多个生产目标达到最优。流水车间调度问题作为车间调度问题的重要分支,广泛地存在于冶金、机械、电子、化工等制造领域。与传统流水车间调度问题相比,零空闲流水车间调度问题考虑了不允许机器停止运转场景下的调度问题,更贴近实际生产场景,具有更重要的理论意义和实际应用价值。优化调度策略是提高制造执行系统对制造资源利用效率及生产任务处理效率的重要方式。分布估计算法(Estimation of Distribution Algorithm,EDA)是一种基于统计学原理的随机优化算法。该算法与遗传算法(Genetic Algorithm,GA)有着显著的区别,GA采用交叉和变异等操作产生新个体,EDA则通过对搜索空间采样和统计学习来预测搜索的最佳区域,进而产生优秀的新个体。相比于GA基于基因的微观层面的进化方式,EDA采用基于搜索空间的宏观层面的进化方式,具备更强的全局搜索能力和更快的收敛速度。EDA的概念提出后得到了迅速的发展,目前相关理论研究及工程应用已取得了不少成果。结合实际生产中面临的几种约束,本文对分布式流水车间调度问题及其扩展进行了深入研究。本文的主要研究内容和工作如下:(1)元启发式算法是解决复杂优化问题的有效方法。然而,由于不同的问题各有其特征,因而元启发式算法在实际应用中的适用性受到限制。本文提出了一种基于适应度地形的离线学习型协同进化算法(Offline Learning Co-evolutionary Algorithm,OLCA),通过改进高斯分布估计算法(EDA)和引入差分进化(Differential Evolution,DE)的变体增强搜索能力以求解复杂的连续实值优化问题。在OLCA中,通过使用随机森林的离线学习来建立搜索策略(即EDA和DE)和适应度地形之间的关系。在进化过程开始之前,由适应度地形的特性来确定合适的策略。使用DOE(Design of Experiments)方法对算法参数进行校验。基于CEC2017基准测试集上的实验结果表明OLCA算法优于其他文献中选用的先进算法。此外,还通过19个CEC 2011测试问题,验证了所提出的OLCA的有效性。(2)分布式装配混合零空闲置换流水车间调度问题(Distributed Assembly Mixed Noidle Permutation Flow-Shop Scheduling Problem,DAMNIPFSP)是现代工业(包括集成电路生产、陶瓷熔块生产、玻璃纤维加工和炼钢工业)中的一个典型场景,它是一个考虑了混合零空闲约束机器和常规机器的新模型。本文为DAMNIPFSP提出了一种基于分布估计算法的超启发式方法(EDA-HH)。利用十种启发式规则作为低级算子来搜索解空间。将分布估计算法集成到超启发式框架中,作为操作低级启发式序列的高层控制策略。为了提高EDA-HH的精搜索能力,对产品和工件进行破坏-重构操作。通过计算仿真模拟,实验结果表明,所提出的EDA-HH在统计意义上显著优于竞争对手。此外,利用CPLEX求解器在小规模实例上验证了混合整数线性规划模型的正确性。(3)针对分布式装配阻塞流水车间调度问题(Distributed Assembly Blocking FlowShop Scheduling Problem,DABFSP),本文设计了一种基于分布估计算法的自学习超启发式方法(Self-learning Hyper-heuristic,SL-HH)。采用构造启发式、NEH和随机方法进行协同种群初始化。设计了针对DABFSP的问题特征的十二种低级启发式方法。以增量学习的方式,融合低级启发式历史成功经验,实现算法的自学习和自适应。引入存档机制,在更新概率模型时,同时考虑当前代优势种群和前数代优势种群,减缓了早熟收敛的趋势。基于900个标准测试用例的仿真实验结果验证了SL-HH的有效性。

关键词：分布式车间调度零空闲流水车间阻塞流水车间分布估计算法超启发式

基于择优排序选择分布估计算法供水管网优化设计

同方学位论文库评论

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给水排水 2022年第4期48卷 107-112页

作者：侯邑杜坤宋志刚李振博张璟昆明理工大学建筑工程学院昆明650500

针对进化算法在大规模供水管网优化设计过程中存在计算效率低,收敛速度慢的问题,提出一种基于择优排序选择策略分布估计算法.该方法采用择优排序选择策略引导种群向更好的方向进化,并提出了一种基于变异系数的收敛策略以避免计算过量或... 详细信息

针对进化算法在大规模供水管网优化设计过程中存在计算效率低,收敛速度慢的问题,提出一种基于择优排序选择策略分布估计算法.该方法采用择优排序选择策略引导种群向更好的方向进化,并提出了一种基于变异系数的收敛策略以避免计算过量或不足.以管网造价为经济性目标函数建立供水管网优化设计的数学模型,并采用BIN基准管网与实际管网DY管网加以验证.结果表明基于择优排序选择策略分布估计算法在保证管网运行经济性的要求下,可达到比差分进化算法更快的计算效率,更强的搜索能力与更高的收敛精度.

关键词：择优排序选择策略分布估计算法供水管网优化设计

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考虑订单扰动因素的热轧重调度分布估计算法

计算机应用 2022年第8期42卷 2628-2636页

作者：王一荻李志伟张文新李铁克王柏琳北京科技大学经济管理学院北京100083 钢铁生产制造执行系统技术教育部工程研究中心(北京科技大学) 北京100083 宁波钢铁有限公司浙江宁波315807

热轧工序作为钢铁生产的核心环节,具有严格的生产连续性和复杂的产品工艺要求,而紧急订单的随机到达和紧急交货期要求会对生产连续性和质量稳定性产生不利影响。针对这类紧急订单插入的动态事件,提出一种热轧重调度优化方法。首先,分析... 详细信息

热轧工序作为钢铁生产的核心环节,具有严格的生产连续性和复杂的产品工艺要求,而紧急订单的随机到达和紧急交货期要求会对生产连续性和质量稳定性产生不利影响。针对这类紧急订单插入的动态事件,提出一种热轧重调度优化方法。首先,分析了订单扰动因素对调度方案的影响,并以最小化订单拖期惩罚和板坯跳跃惩罚加权和为优化目标,建立了热轧重调度问题的数学模型。然后,设计了热轧重调度分布估计算法(EDA)。该算法针对紧急订单的插入式处理方式,提出一种基于插入位置的整数编码方案;结合模型特征设计了概率模型;并综合考虑目标与约束,定义了基于惩罚值的适应度函数。通过实际生产数据进行仿真实验,验证了模型和算法的可行性和有效性。

关键词：重调度热轧订单插入扰动分布估计算法拖期

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分布估计算法综述

自动化学报 2007年第2期33卷 113-124页

作者：周树德孙增圻清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室北京100084

分布估计算法是进化计算领域新兴起的一类随机优化算法,是当前国际进化计算领域的研究热点．分布估计算法是遗传算法和统计学习的结合,通过统计学习的手段建立解空间内个体分布的概率模型,然后对概率模型随机采样产生新的群体,如此反复... 详细信息

分布估计算法是进化计算领域新兴起的一类随机优化算法,是当前国际进化计算领域的研究热点．分布估计算法是遗传算法和统计学习的结合,通过统计学习的手段建立解空间内个体分布的概率模型,然后对概率模型随机采样产生新的群体,如此反复进行,实现群体的进化．分布估计算法中没有传统的交叉、变异等遗传操作,是一种全新的进化模式;这种优化技术能够通过概率图模型对变量之间的关系进行建模,从而能有效的解决多变量相关的优化问题．根据概率模型的复杂性,本文按照变量无关、双变量相关、多变量相关等三类分别介绍相应的分布估计算法．作为一篇综述性文章,本文旨在全面系统的向国内读者介绍这一新技术,并总结分布估计算法的研究现状和未来的研究方向．

关键词：分布估计算法遗传算法统计学习概率模型