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面向可持续生产中多任务调度的双重增强模因算法

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自动化学报 2024年第4期50卷 731-744页

作者：卢弘王耀南乔非方遒湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 同济大学电子与信息工程学院上海201804

从经济、环境和社会3个维度,全面提升生产调度方案的可持续性具有重要意义.针对并行机生产场景,建立考虑机器指派、加工顺序、人员安排以及开关机控制等4种决策任务的调度模型.为实现对复杂决策空间的高效寻优,提出一种融合两种局部优... 详细信息

从经济、环境和社会3个维度,全面提升生产调度方案的可持续性具有重要意义.针对并行机生产场景,建立考虑机器指派、加工顺序、人员安排以及开关机控制等4种决策任务的调度模型.为实现对复杂决策空间的高效寻优,提出一种融合两种局部优化策略的双重增强模因算法(Dual-enhanced memetic algorithm, DMA)求解模型.从随机更新角度,针对不同决策任务,构造单步变邻域搜索(One-step variable neighborhood search, 1S-VNS)策略.从定向优化角度,分析目标和关键任务之间的匹配关系,提出一种可持续目标导向策略(Sustainable goals-oriented strategy, SGS).考虑到两种优化策略的不同特点,单步变邻域搜索策略作用于整个种群,目标导向策略强化种群中的精英个体,实现对输出解集的双重优化.仿真实验结果表明,双重优化策略能有效地增强算法性能,并且所提算法在非支配解的多样性和收敛性上具有优越性.

关键词：可持续生产多任务调度优化策略模因算法

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基于模因算法的飞机装配序列规划

南京航空航天大学学报 2019年第3期51卷 288-296页

作者：吴国祥胡晓宇兰州交通大学机电工程学院

针对飞机制造的装配序列规划问题,提出一种基于模因算法的飞机部件装配序列规划方法。在装配优先约束矩阵和非正交干涉矩阵的基础上构建装配规划模型,以飞机零部件间的装配方向和装配工具的差异性来构建适应度函数。在非干涉解空间中进... 详细信息

针对飞机制造的装配序列规划问题,提出一种基于模因算法的飞机部件装配序列规划方法。在装配优先约束矩阵和非正交干涉矩阵的基础上构建装配规划模型,以飞机零部件间的装配方向和装配工具的差异性来构建适应度函数。在非干涉解空间中进行全局搜索,获得较优的装配规划方案,通过二叉树中序遍历法将较优的方案转化为可行解,再经过交叉操作和变异操作后,在可行解空间内进行局部搜索,最终获取较优的装配方案。以某型号的飞机舱门装配为例,通过与传统遗传算法对比,证实模因算法在飞机装配序列规划中的可行性和有效性。

关键词：飞机装配装配序列规划模因算法装配顺序约束

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基于模因算法的多模盲均衡算法

数据采集与处理 2016年第6期31卷 1127-1131页

作者：郭业才彭舒张苗青蔡力坚南京信息工程大学电子与信息工程学院南京210044 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京210044

由于常模盲均衡算法(Constant modulus blind equalization,CMA)收敛速度和均方误差都不甚理想,且对多模信号均衡时会发生相位旋转,本文提出了基于模因算法的多模盲均衡算法(Multi-modulus blind equalization algorithm based on memetic algorithm,MA-MMA)。该算法将多模盲均衡算法(Multi-modulus blind equalization algorithm,MMA)代价函数的倒数作为模因算法(Memetic algorithm,MA)的适应度函数,利用MA全局优化机制和局部深度搜索能力,在每次全局搜索后对全部新产生的个体进行局部深度搜索,将全局和局部搜索得到的最优个体解向量作为MMA的初始最优权向量。仿真结果表明,与传统的CMA,MMA以及基于遗传算法的多模盲均衡算法相比,MA-MMA的收敛速度最快,稳态误差最小,输出信号星座图最清晰。

关键词：多模算法模因算法智能优化算法最优权向量

改进模因算法在含DG配电网故障定位中的应用

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电子测量与仪器学报 2016年第2期30卷 265-273页

作者：陶维青杨刚丁明鲁胜清何奇合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

分布式电源的接入导致传统的故障定位方法不再适用,为了实现配电网快速定位,提出一种基于改进模因算法故障定位算法。首先构建能动态适应分布式电源投切的开关函数,然后以变电站为基础将复杂配电网络分区,划分为相互独立的子网络。将含... 详细信息

分布式电源的接入导致传统的故障定位方法不再适用,为了实现配电网快速定位,提出一种基于改进模因算法故障定位算法。首先构建能动态适应分布式电源投切的开关函数,然后以变电站为基础将复杂配电网络分区,划分为相互独立的子网络。将含有多条馈线的子网络划分为几个区域,通过等效原则,在对某一区域进行故障定位的时候,将其他区域进行等效,这样不仅降低了可行解的维度,使计算的复杂性降低,同时也简化了开关函数的计算。利用蚁群算法产生初始种群,模因算法对配电网进行故障定位,仿真结果表明算法能快速的求解出单点故障和多点故障,在信息缺失和畸变情况下,算法也有良好的容错能力。

关键词：模因算法故障定位开关函数分区处理

基于改进正问题模型和模因算法的ECT图像重建

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沈阳工业大学学报 2024年第6期46卷 813-818页

作者：颜华徐利娟王伊凡周英钢沈阳工业大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110870

为提高电容层析成像的图像重建质量,提出了一种基于改进正问题模型和模因算法的图像重建算法,即Im-MA算法。通过对灵敏度矩阵进行平滑滤波和降维处理,改进正问题模型。使用L_(2)范数作为数据拟合的测度,并将全变差作为正则项,构建目标函... 详细信息

为提高电容层析成像的图像重建质量,提出了一种基于改进正问题模型和模因算法的图像重建算法,即Im-MA算法。通过对灵敏度矩阵进行平滑滤波和降维处理,改进正问题模型。使用L_(2)范数作为数据拟合的测度,并将全变差作为正则项,构建目标函数,将图像重建问题转化为最优化问题。采用麻雀搜索算法和天牛须搜索算法相结合的模因(memetic algorithm,MA)算法求解目标函数。仿真与实验结果表明:与常用的Landweber算法相比,Im-MA算法的重建误差更小,且重建图像与真实分布更加接近。Im-MA算法为解决ECT逆问题提供了一种有效的新方法。

关键词：电容层析成像图像重建正问题模型模因算法灵敏度矩阵降维平滑滤波全变差

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面向装配序列规划的模因算法研究

机械科学与技术 2019年第11期38卷 1771-1777页

作者：张金敏胡晓宇兰州交通大学机电工程学院

针对遗传算法在求解装配序列规划问题中收敛速度慢、产生重复解等问题,提出一种基于模因算法的装配序列规划方法。将模因算法中全局搜索与局部搜索相结合动态更新种群的策略引入,采用装配优先约束矩阵和干涉矩阵建立装配规划模型,并以... 详细信息

针对遗传算法在求解装配序列规划问题中收敛速度慢、产生重复解等问题,提出一种基于模因算法的装配序列规划方法。将模因算法中全局搜索与局部搜索相结合动态更新种群的策略引入,采用装配优先约束矩阵和干涉矩阵建立装配规划模型,并以装配单元之间的相异性之和构建适应度函数。在非干涉解空间中进行全局搜索,获得装配规划方案,再通过二叉树中序遍历调序算法将较优方案转化为可行解。通过交叉操作和变异操作后,在可行解空间内进行局部搜索,获得较优解。通过典型柱塞油泵装配规划验证了该算法的可行性和可靠性;并将其与遗传算法进行比较,证明其更有效。

关键词：装配序列规划模因算法遗传算法适应度函数

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基于改进模因算法的多企业协同生产调度

制造业自动化 2023年第7期45卷 215-220页

作者：赵一勋吴璇张入通尹作重王海丹北京机械工业自动化研究所有限公司北京100120

分布式柔性作业车间调度问题是产业链协同制造模式下多企业生产计划协同中的关键问题,其包括企业选择、车间选择和任务排序三个子问题。考虑多企业间的转移时间,建立了以最小化最大完工时间为优化目标的数学模型,提出一种改进的模因算... 详细信息

分布式柔性作业车间调度问题是产业链协同制造模式下多企业生产计划协同中的关键问题,其包括企业选择、车间选择和任务排序三个子问题。考虑多企业间的转移时间,建立了以最小化最大完工时间为优化目标的数学模型,提出一种改进的模因算法对该模型进行求解。该算法设计了分段式的编码规则、插入式的解码规则、基于种群分级协同进化的全局搜索策略以及基于关键企业、关键车间和关键任务的局部搜索算子。最后在Brandimarte所提数据集上进行扩充形成实验算例,对算法进行了验证。实验结果表明本文所提算法具有较佳的全局收敛性和局部探索性,对解决多企业协同的分布式生产调度问题具有一定的工程应用价值。

关键词：协同生产分布式柔性作业车间调度模因算法分级协同进化

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基于多目标模因算法的路径规划

基于多目标模因算法的路径规划

作者：肖骏深圳大学

学位级别：硕士

路径规划目前是自主机器人、GPS导航、物流车辆调度、通信路由规划等领域的研究热点。解决路径规划问题具有广阔应用前景和重大科研价值,而路径规划算法研究是其中的核心内容。实际路径规划问题往往需要同时优化多个目标,为路径规划算... 详细信息

路径规划目前是自主机器人、GPS导航、物流车辆调度、通信路由规划等领域的研究热点。解决路径规划问题具有广阔应用前景和重大科研价值,而路径规划算法研究是其中的核心内容。实际路径规划问题往往需要同时优化多个目标,为路径规划算法带来巨大挑战。传统的路径规划算法往往只能解决单一目标优化并存在耗时长、容易陷入局部最优等缺陷。多目标演化算法(Multi-objective Evolutionary Algorithm,MOEA)具有较好的鲁棒性、扩展性、多目标全局寻优能力可以弥补传统方法的缺点,已被广泛运用于多目标路径规划问题;但演化算法由于缺乏局部定位能力,在解决复杂问题时也存在全局搜索收敛慢的缺陷。多目标模因算法(Multi-objective Memetic Algorithm,MOMA)在多目标演化算法的基础上加入模因算子(局部搜索),对全局搜索获得的个体进行局部优化让它们更快局部收敛,可以充分结合全局搜索和局部搜索的优点提高多目标路径规划问题寻优效率。本文研究多目标模因算法在路径规划方面的应用,主要工作为以下两个方面:(1)针对移动机器人的全局路径规划问题提出两种多目标模因算法MOMA-D和MOMA-E。MOMA-D和MOMA-E都是基于多目标演化计算框架,分别使用非支配解排序策略和分解策略同时优化路径长度和转弯角度两个不同的目标。本文提出新型路径编码方案、路径修正操作和进化算子操作,以加强算法的搜索效率并同时保证路径合法性。在模拟和真实环境的实验结果表明两种多目标模因算法都可以在复杂环境中同时优化两个目标并最终得到一系列有效路径方案。(2)针对物流中一到多到一的动态收发货问题(One-to-Many-to-One Dynamic Pickup-and-Delivery Problem,1-M-1 DPDP)提出一种多目标模因算法LSH-MOMA。LSH-MOMA混合多目标演化算法和基于位置敏感哈希算法(Local Sensitivity Hash,LSH)的局部搜索,同时优化路径长度、响应时间和收发货量三个不同目标。在算法每次进化迭代中应用了基于LSH的路径修正和局部搜索算子来修正和优化备选路径方案。在四种不同的动态收发货问题测试中,LSH-MOMA展现出同时优化三个目标并最终获得折衷最优解的高效性。本文针对移动机器人的全局路径规划问题和物流中1-M-1 DPDP问题分别提出不同的多目标模因算法,能够同时优化多个目标并最终获得一系列的有效路径方案,为后续相关路径规划算法的实际应用提供了经验和借鉴。

关键词：路径规划演化算法模因算法多目标优化

组合优化中概率模因算法框架的个体间距离度量选择研究

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组合优化中概率模因算法框架的个体间距离度量选择研究

作者：叶振斌重庆大学

学位级别：硕士

模因算法(Memetic Algorithm,简称MA)是一种融合了群体全局搜索和个体生命周期学习(局部搜索)的启发式搜索框架。在MA解决复杂优化问题的过程中,全局搜索和局部搜索的计算资源分配很大程度上影响了算法的性能。为了得到全局搜索和局部... 详细信息

模因算法(Memetic Algorithm,简称MA)是一种融合了群体全局搜索和个体生命周期学习(局部搜索)的启发式搜索框架。在MA解决复杂优化问题的过程中,全局搜索和局部搜索的计算资源分配很大程度上影响了算法的性能。为了得到全局搜索和局部搜索的权衡依据,概率模因算法框架(Probability Memetic Framework,简称PMF)被提出。PMF把全局搜索和局部搜索分离,作为独立的优化行为,并且把MA建模为对全局搜索和局部搜索的选择决策过程。PMF通过搜索过程中计算得到的局部搜索强度理论上界,控制每个个体的局部搜索强度,平衡全局搜索和局部搜索的计算资源消耗。根据Feng等学者的研究[1],当使用PMF解决组合优化问题的时候,恰当的个体间距离度量(相似度度量)选择对局部搜索强度的估计起着极为关键的作用。然而,就目前最新的研究进展,几乎没有相应的工作研究关于PMF在解决组合优化问题中个体相似度度量选择的理论,我们的工作尝试改进这一方面的不足。在本文中,我们对PMF在解决组合优化问题时个体间距离度量的选择进行了初步地分析和研究,并且在经典组合优化问题:限量弧路径问题(Capacitated Arc Routing Problem,简称CARP)和有时间窗车辆路径问题(Vehicle Routing Problem with Time Windows,简称VRPTW)上进行了实验研究。我们首先分析在组合优化问题中十分常用的4个距离度量被用来度量CARP候选解之间的相似度的可行性。接下来,我们提出一个基于邻近候选解度量和适应度距离相关性度量的距离度量适合度评价策略,用于量化一个候选个体相似度度量被用在PMF中解决组合优化问题时估计局部搜索强度的适合程度。最后,我们在egl的24个CARP benchmark上进行的实验研究表明:只有在使用编辑距离时,PMF找到了4个目前最优的解;对比改进Jaccard距离,当在PMF中使用编辑距离时得到了9个更优的解。我们在Solomon的VRPTW benchmark上的实验研究表明:对比MA,使用编辑距离作为距离度量的PMF在24个VRPTW benchmark中找到了10个更优的解;对比改进Jaccard距离,当在PMF中使用编辑距离时得到了12个更优的解。实验研究结果强调了在使用PMF解决组合优化问题时,恰当的距离度量选择对PMF的重要影响,同时在一定程度上验证了我们提出的距离度量适合度评价策略在CARP和VRPTW上是有效的。

关键词：概率模因算法框架模因算法距离选择限量弧路径问题有时间窗车辆路径问题