[发明专利]一种求解软集群车辆路径问题的混合模因搜索方法

说明书

本发明公布了一种求解软集群车辆路径问题的混合模因搜索方法。该方法将软集群车辆路径问题分解为两个逻辑上较小的子问题：集群级子问题和客户级子问题，并分别求解。第一个子问题的目标是使用模因算法确定集群所属的路径，而第二个子问题的目标是确定每条路径中所有客户的访问顺序。它集成了三个高效的模块：基于组匹配的交叉算子以生成高质量的子代解，两级混合搜索分别对子代解在集群级和客户级进行优化，以及种群重构程序(通过增加种群中解的多样性来跳出局部最优)。大量的实验结果表明与现有的方法相比，本发明方法在性能上表现更优，证明了本发明方法的有效性。

技术领域

本发明属于物流系统设计与规划领域，特别涉及一种求解软集群车辆路径问题的混合模因搜索方法。

背景技术

进入21世纪以后，随着我国经济高速发展，我国物流配送行业也得到了快速发展。与此同时，运输类企业面临着物流配送成本过高等困境。车辆路径问题(Vehicle RoutingProblem，VRP)指配送中心根据客户的分布和需求来规划最优路径。VRP能有效解决运输过程中路线规划不合理、运输延误率高等问题，可以极大地降低配送成本，提升用户满意度。因此，VRP引起了国内外众多学者的广泛关注。随着对VRP研究的深入，研究者们考虑到将客户划分为不同的集群，同一集群的客户必须由同一辆车服务，提出了集群车辆路径问题(Clustered Vehicle Routing Problem，CluVRP)和软集群车辆路径问题(Soft ClusteredVehicle Routing Problem，SoftCluVRP)，并针对CluVRP和SoftCluVRP提出了相应的精确算法及启发式算法。

(1)集群车辆路径问题

集群车辆路径问题(CluVRP)是经典的带容量约束的车辆路径问题(CVRP)的一个变种。客户被划分为多个集群，同一集群的所有客户必须由同一辆车服务。当车辆访问客户时，只能在访问属于同一集群的所有客户之后，车辆才能返回仓库或访问属于另一个集群的客户。

(2)软集群车辆路径问题

在集群车辆路径问题(CluVRP)中，每辆车在服务下一个集群的客户之前必须完全服务上一个集群的所有客户，而在软集群车辆路径问题(SoftCluVRP)中，对同一集群的客户的访问可以通过对另一个集群的客户的访问而中断。在一个SoftCluVRP的可行解中，允许车辆在未服务完一个集群的所有客户时离开该集群，在服务中间的其他集群的客户后重新进入该集群。

图(1)给出了一个包含1个仓库节点和12个客户节点并被分为7个集群的SoftCluVRP解，即C0＝{v0}、C1＝{v1、v2}、C2＝{v3、v4}、C3＝{v5、v6}、C4＝{v7、v8、v9}、C5＝{v10}和C6＝{v11、v12}。可行解包括三条路径：r1＝{v0、v1、v2、v3、v4、v0}、r2＝{v0、v5、v6、v0}、r3＝{v0、v7、v8、v10、v9、v11、v12、v0}。SoftCluVR允许车辆离开当前集群，并在服务于其他集群的客户后返回到该集群。具体来说，在r3中，车辆3首先访问C4的v7和v8，然后离开C4，服务于C5的v10，然后，它返回到C4的v9，接着是访问C6的v11和v12。最后，它返回到C0。对C4的v9的访问在r3路径中被中断了，这在CluVRP中是不允许的，因为它要求在访问其它集群中的任何客户之前，必须连续访问当前集群中的所有客户。

研究者们发现软集群车辆路径问题通过放松对集群车辆路径问题的限制，提高了配送效率，缩短了配送时间。基于上述分析，本发明主要研究软集群车辆路径问题。针对该问题复杂度较高、求解时间较长的问题，提出了一种混合模因搜索方法(Hybrid MemeticSearch，HMS)。

发明内容

一种求解软集群车辆路径问题的混合模因搜索方法，对软集群车辆路径问题实现了高鲁棒性、高质量求解，其具体步骤包括：

步骤(1)、通过种群初始化程序生成的包含η个体的初始种群P，记录最优解；