[发明专利]一种基于实变函数侧距的帝国主义竞争算法

说明书

所属领域

本发明涉及作业车间调度领域，具体地涉及用算法求解作业车间调度问题。

背景技术

作业车间调度问题(Job-Shop Scheduling Problem，JSP)是制造执行系统研究的核心和重点之一，它的研究不仅具有重大的现实意义，而且具有深远的理论意义。JSP就是根据产品制造需求合理分配资源，进而达到合理利用产品制造资源、提高企业经济效益的目的。JSP是产品制造行业中共存的问题，它与计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS)的工厂管理、产品制造层次紧密相关，是CIMS领域中研究的重要课题。JSP是一个典型的NP-hard问题,它的研究必然会对NP问题的研究起到有意义的影响。

近些年，许多解决作业车间调度问题的算法被提出，这些方法包括目标启发式算法，如:遗传、禁忌搜索算法、算法模拟退火算法、粒子群算法、混合动力车算法，除此之外，还有枚举法、数学规划法、支定界法、优先规则、迭代局部搜索算法和进化算法等。

帝国主义算法(ICA)也称为殖民地竞争算法，是Atashaz_Gargari和Lucas于2007年提出的一种基于帝国主义殖民竞争机制的进化算法，属于社会启发的随机优化搜索方法。ICA算法根据帝国主义的社会政策来控制更多的国家，在殖民地国家受到一些规律支配时使用它们的资源，如果一个帝国失去强大的势力，其他国家将占有它。帝国主义竞争算法的基本思想是：同其他进化算法相似，帝国主义竞争算法开始于一组被定义为国家的个体，所有国家被分为两类：帝国主义国家和殖民地国家。将最初势力比较强大的国家作为帝国主义国家，其他国家作为殖民地国家。根据每个国家的势力将殖民地分配给不同的帝国主义国家。帝国主义国家与其所包含的殖民地被称为一个帝国。帝国之间通过竞争以获得更多的殖民地为目的，势力更大的帝国有较大的可能性战友最弱的殖民地，智力薄弱的帝国将逐渐失去其殖民地，当所有殖民地全部被一个帝国占有时，该算法结束。

帝国主义竞争算法具有简单、较快的收敛速度和全局最优搜索等优点，但是也同其他智能优化算法一样，在作业车间调度问题中，帝国主义竞争算法也存在着过早收敛、精确度不够等缺点。

发明内容

针对现有帝国主义竞争算法中存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种基于实变函数侧距的帝国主义竞争算法解决作业车间的调度问题。

本发明的目的是克服现有技术中存在的：帝国主义竞争算法容易收敛；帝国主义竞争算法求解精确度不够高；帝国主义算法在车间调度问题中的应用不够灵活。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于实变函数侧距的帝国主义竞争算法求解作业车间调度问题，该算法的步骤如下：

步骤1：初始化帝国主义竞争算法参数：初始化国家数量、帝国主义国家、殖民地国家。

步骤2：计算帝国的相对势力：用机器处理作业能力C_n来刻画。

步骤3：计算帝国主义国家的势力：用作业运行时间来刻画。

步骤4：初始化帝国主义集团：根据帝国的势力将不同数量的殖民地国家分配给帝国主义国家，帝国国家势力越大，该帝国所拥有的殖民地国家就越多。

步骤5：计算帝国集团的总势力：一个帝国集团的总势力包括两部分，一部分为帝国主义国家的势力，另一部分为它所拥有的殖民地国家的势力

步骤6：计算帝国地理位置占有优势：采用基于实变函数的侧距来衡量两个帝国占有同一个殖民地的地理位置占有优势的大小。

步骤7：殖民地归属的确定:殖民地的归属性质由帝国集团势力和侧距这两部分因素确定。

步骤8：殖民地向所属帝国移动：当帝国集团形成后，殖民地国家沿着指向其所属帝国的方向靠近帝国。

步骤9：帝国集团的竞争：帝国主义的竞争过程发生在帝国集团之间，因为每一个帝国集团都试图占有其他帝国的殖民地并且控制他们。

步骤10：殖民地国家的灭亡：在帝国的侵犯过程中，存在殖民地国家灭亡。

步骤11：新殖民地国家的产生：在社会进化过程中，会有新的殖民地产生。

步骤12：弱势帝国的灭亡：在帝国竞争中，失去势力的帝国集团将会灭亡，而且它所拥有的殖民地将被其他帝国集团所瓜分。

步骤13：新帝国的产生：在帝国竞争中，会有新的帝国产生。

步骤14：计算帝国存活率：用机器利用率来刻画

步骤15：最后，保留最终剩余的帝国，将适应度值作为最优解。

本发明的有益效果是：