前言:
而今看官们对“惩罚函数法c语言程序实例”大概比较关切,同学们都需要剖析一些“惩罚函数法c语言程序实例”的相关知识。那么小编在网上汇集了一些对于“惩罚函数法c语言程序实例””的相关文章,希望看官们能喜欢,姐妹们快快来学习一下吧!算法描述
(1)进行客流分配,当i<m时,t(k,i)=tc(k,i);当i>m时,t(k,i)=[E(k,i)*dij/27.9]+ tc(k,i);其中:i、j是站点,m是站点集合,k是车辆,dij是从i站到j站的距离,E(k,i)={0,1}。约束条件:Δt=min[t(k,i)-t(r,i)];t(r,a)<t(k,i)<t(r,b);其中:r是乘客,r属于R;tr,a是乘客到达站点的最早时间,t(r,b)是乘客到达站点的最晚时间;客流分配取t(k,i)和 Δt的最小值。
(2)惩罚函数:当t(r,a)<t(k,i)<t(r,b)时,φ(r)=0;当tk,i<tr,a或tk,i>tr,b时,φ(r)=μ(极大的正数);t(r,a)是乘客到达站点的最早上车时间,t(r,b)乘客到达站点的最晚上车时间;
(3)我的目标函数是minz1=∑i∑k∑r(w1*C1+w2C2+W3C3);其中w1=1,w2=1,w3=1;当tk,i<tr,i时C1=qk,i(tk,i-tr,i);当tk,i>tr,i时C1=q(r,i)*[t(r,i)-t(k,i)];其中q(k,i)为车辆k到达站点i时车内人数;t(r,i)为乘客r到达站点i的时间,q(r,)i为乘客r在站点i的人数;C2=θ(k,i)*α,其中θ(k,i) ={0,1},α为车辆运行固定成本;车辆k经过站点i为1,否则为0。
约束条件:Q1小于等于Np,Q1=q(k,i)+q(r,i)-q(x,i)Np为p型车辆k的容量;0<td(p)-tu(p)<hmax;C1为乘客出行时间成本,C2为车辆一经启动的固定成本,C3为车辆运行的可变成本;β
根据你提供的算法描述,以下是一个可能的实现思路:
首先,定义决策变量和参数:
决策变量:i、j是站点,m是站点集合,k是车辆,r是乘客;
参数:t(k, i)表示车辆k到达站点i的时间。tc(k, i)表示车辆k的初始到达时间,dij表示站点i到站点j的距离,E(k, i)表示车辆k是否经过站点i(0或1),tr, a和tr, b表示乘客r到达站点的最早和最晚时间,w1、w2、w3、α、Np等为权重和参数。w1=1,w2=1,w3=1,α1=4.97元/km,α2=5.33元/km,β=0.15元/km ,N1=4人,N2=12人。
定义目标函数:
定义C1部分:根据乘客和车辆到达时间计算成本。当t(k, i) < tr, i时,C1 = q(k, i) * (t(k, i) - tr, i);当t(k, i) > tr, i时,C1 = q(r, i) * (t(r, i) - t(k, i))。
定义C2部分:根据车辆经过站点i的情况计算成本。C2 = θ(k, i) * α,其中θ(k, i)为0或1,表示车辆k是否经过站点i,θ(k, i)=1时,车辆k经过站点i。
定义C3部分:C3 = θ(k, i) * β表示车辆运行的可变成本。
定义约束条件:
客流分配约束:根据车辆和乘客到达时间进行客流分配。当i < m时,t(k, i) = tc(k, i);当i > m时,t(k, i) = (E(k, i) * dij / 27.9) + tc(k, i)。E(k, i) 为0或1,若车辆k经过站点i,则E(k,i)=0。车辆和乘客到达站点的时间差Δt = min(t(k, i) - t(r, i)),其中r属于乘客集合R。
时间窗约束:tr, a为乘客到达站点的最早时间,tr, b为乘客到达站点的最晚时间。
容量约束:Q1 <= Np,Q1 = q(k, i) + q(r, i) - q(x, i),表示车辆k的容量限制。
最大在车时间约束:0<=td(p)-tu(p)<=hmax,td(p)为乘客下车时间,tu(p)为乘客上车时间。
定义惩罚函数:
当tr, a < t(k, i) < tr, b时,φ® = 0。
当t(k, i) < tr, a或t(k, i) > tr, b时,φ® = μ(极大的正数)。
定义目标函数 minz1,求解最小化问题:
minz1 = ∑i ∑k ∑r (w1 * C1 + w2 * C2 + w3 * C3)
以下是使用遗传算法求解目标函数的示例代码:
import random
import numpy as np
# 定义问题参数
Np # 车辆容量
N1 = 4 # N1车型车辆容量
N2 = 12 # N2车型车辆容量
hmax = 120 # 最大在车时间
alpha1 = 4.97 # 车辆运行固定成本
alpha2 = 5.33 # 车辆运行可变成本
beta = 0.15 # 车辆运行可变成本
t = {} # 车辆到达站点的时间
tc = {} # 车辆的初始到达时间
dij = {} # 站点之间的距离
E = {} # 车辆是否经过站点
tr_a = {} # 乘客到达站点的最早时间
tr_b = {} # 乘客到达站点的最晚时间
w1 = 1
w2 = 1
w3 = 1
# 定义遗传算法参数
population_size = 50 # 种群大小
max_generations = 100 # 最大迭代次数
mutation_rate = 0.1 # 变异率
# 定义决策变量的取值范围和编码长度
station_range = (0, 67) # 站点范围
m_range = (0, 67) # 站点集合范围
vehicle_range = (0, 15) # 车辆范围
passenger_range = (0, 127) # 乘客范围
chromosome_length = 4 # 决策变量的编码长度
i = [0,1, 2, …,67] # 站点集合
j = [0,1, 2, …,67] # 站点集合
m = [1, 2, 3] # 站点集合
k = [1, 2, …,15] # 车辆集合
r = [1, 2, …,127] # 乘客集合
# 定义目标函数
def objective_function(chromosome):
# 解码决策变量
i = chromosome[0]
j = chromosome[1]
m = chromosome[2]
k = chromosome[3]
r = random.randint(*passenger_range)
# 计算C1部分
if t[k, i] < t[r, i]:
C1 = q[k, i] * (t[k, i] - t[r, i])
else:
C1 = q[r, i] * (t[r, i] - t[k, i])
# 计算C2部分
if θ[k, i] == 1:
C2 = alpha1
else:
C2 = 0
# 计算C3部分
if theta[k, i] == 1:
C3 = beta
else:
C3 = 0
return w1 * C1 + w2 * C2 + w3 * C3
# 定义惩罚函数
def penalty_function(chromosome):
i = chromosome[0]
j = chromosome[1]
m = chromosome[2]
k = chromosome[3]
r = random.randint(*passenger_range)
if t[r, a] < t[k, i] < t[r, b]:
return 0
else:
return float('inf')
# 初始化遗传算法参数
population_size = 50
elite_size = 10
mutation_rate = 0.01
generations = 100
# 定义遗传算法函数
# 初始化种群
def init_population():
population = []
for _ in range(population_size):
chromosome = []
for _ in range(len(i)):
chromosome.append(random.choice(j))
population.append(chromosome)
return population
# 计算适应度函数
def calculate_fitness(chromosome):
C1 = 0
C2 = 0
C3 = 0
for k_val in k:
for i_val in i:
for r_val in r:
t_k_i = t[k_val, i_val]
tr_i = tr_a[r_val]
if t_k_i < tr_i:
C1 += q(k_val, i_val) * (t_k_i - tr_i)
else:
C1 += q(r_val, i_val) * (tr_i - t_k_i)
E_k_i = E[k_val, i_val]
if E_k_i == 1:
C2 += theta(k_val, i_val) * alpha1
else:
C2 += theta(k_val, i_val) * alpha2
C3 += theta(k_val, i_val) * beta
return w1 * C1 + w2 * C2 + w3 * C3
# 选择精英个体
def select_elite(population, fitness_scores):
elite_population = []
sorted_population = [x for _, x in sorted(zip(fitness_scores, population))]
for i in range(elite_size):
elite_population.append(sorted_population[i])
return elite_population
# 选择父代个体
def select_parents(population, fitness_scores):
parents = []
total_fitness = sum(fitness_scores)
selection_probs = [fitness / total_fitness for fitness in fitness_scores]
for _ in range(population_size - elite_size):
parent1 = random.choices(population, weights=selection_probs)[0]
parent2 = random.choices(population, weights=selection_probs)[0]
parents.append((parent1, parent2))
return parents
# 交叉产生子代
def crossover(parents):
offspring = []
for parent1, parent2 in parents:
child = []
crossover_point = random.randint(1, len(i) - 1)
child.extend(parent1[:crossover_point])
child.extend(parent2[crossover_point:])
offspring.append(child)
return offspring
# 变异操作
def mutate(offspring):
for chromosome in offspring:
if random.random() < mutation_rate:
mutation_point = random.randint(0, len(i) - 1)
chromosome[mutation_point] = random.choice(j)
return offspring
# 更新种群
def update_population(population, elite_population, offspring):
population = elite_population + offspring
return population
# 主函数,运行遗传算法
def genetic_algorithm():
population = init_population()
for _ in range(generations):
fitness_scores = [calculate_fitness(chromosome) for chromosome in population]
elite_population = select_elite(population, fitness_scores)
parents = select_parents(population, fitness_scores)
offspring = crossover(parents)
offspring = mutate(offspring)
population = update_population(population, elite_population, offspring)
best_chromosome = elite_population[0]
best_fitness = calculate_fitness(best_chromosome)
return best_chromosome, best_fitness
# 运行遗传算法
best_solution, best_fitness = genetic_algorithm()
print("最优解:", best_solution)
print("最优解适应度:", best_fitness)
请注意,上述代码仅为示例,具体实现可能需要根据实际情况进行修改和调整。
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