多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法及系統(tǒng)，屬一種物資裝載智能化處理方法，啟動(dòng)裝載全局優(yōu)化計(jì)算模塊，利用量子遺傳算法與啟發(fā)式三維裝載算法相結(jié)合的方式完成單次任務(wù)的裝載全局優(yōu)化計(jì)算，輸出裝載方案；進(jìn)行判斷后并將合理化的方案存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，等待呈現(xiàn)。通過將將啟發(fā)式三維裝載算法與量子遺傳算法有機(jī)結(jié)合，可以處理多種貨物放置入多種不同規(guī)格的貨包容器的全局裝載優(yōu)化計(jì)算，相對(duì)原有的處理單個(gè)貨包容器或者單類貨包容器優(yōu)化計(jì)算來說，具有較為明顯的全局優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種物資裝載智能化處理方法，更具體的說，本發(fā)明主要涉及一種多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]貨物三維裝載全局優(yōu)化是指在一定的裝載約束條件下，在特定幾種容器(集裝箱或者貨包)中排布貨物，排布完成后使特定形狀容器能夠達(dá)到指定的全局指標(biāo)要求(如總裝載貨物的質(zhì)量最大、總裝載的貨物對(duì)容器的內(nèi)部空間利用率最大等)。在計(jì)算機(jī)智能優(yōu)化科學(xué)和供應(yīng)鏈優(yōu)化管理領(lǐng)域中，貨物三維裝載全局優(yōu)化有著廣泛的應(yīng)用背景，包括物流配送裝貨、集裝箱裝貨、空運(yùn)飛機(jī)裝貨、太空運(yùn)輸物資、大型輪船裝貨等，對(duì)貨物三維裝載全局優(yōu)化問題的研究都是焦點(diǎn)。另外，從計(jì)算復(fù)雜性理論來講，即使一般三維裝載優(yōu)化問題都屬于NP-Hard問題，是優(yōu)化問題中最難的一類組合優(yōu)化問題，其求解難度隨問題規(guī)模的增大和約束的增多而成幾何級(jí)增長(zhǎng)。在現(xiàn)有國內(nèi)外的三維裝載(3D-Packing)問題研究中，主要涉及的裝載容器為規(guī)格一樣的，很少涉及多種規(guī)格、單種規(guī)格多個(gè)裝載容器的研究報(bào)道，即使涉及到得全局裝載優(yōu)化算法的研究報(bào)道也一般采用啟發(fā)式裝載算法和有限的幾種演化算法，目前這些方法只能給出問題的局部最優(yōu)解而缺乏全局尋優(yōu)能力，部分具有全局優(yōu)化能力的演化算法也因?yàn)檩^高的時(shí)空復(fù)雜度使得在三維裝載優(yōu)化工程應(yīng)用中無法采用。因此有必要針對(duì)物資的多品種、多規(guī)格智能裝載優(yōu)化方法做進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一在于針對(duì)上述不足，提供一種多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法及系統(tǒng)，以期望解決現(xiàn)有技術(shù)中物資智能裝載方法不能實(shí)現(xiàn)多品種、多規(guī)格物資的全局優(yōu)化計(jì)算等技術(shù)問題。
[0004]為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明所提供的一種多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法，所述方法包括:
[0006]S1、輸入任務(wù)信息，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊將任務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，作為一次優(yōu)化計(jì)算任務(wù)中其他數(shù)據(jù)的檢索基礎(chǔ)；
[0007]S2、輸入單次任務(wù)所有類別貨包容器的基礎(chǔ)信息，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊將貨包容器的基本信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中；
[0008]S3、輸入單次任務(wù)中所有待裝載貨物種類和單個(gè)貨物的數(shù)量信息，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊將待裝載的貨物信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中；
[0009]S4、啟動(dòng)裝載全局優(yōu)化計(jì)算模塊，利用量子遺傳算法與啟發(fā)式三維裝載算法相結(jié)合的方式完成單次任務(wù)的裝載全局優(yōu)化計(jì)算，輸出裝載方案；進(jìn)行判斷后并將合理化的方案存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，等待呈現(xiàn)。
[0010]作為優(yōu)選，進(jìn)一步的技術(shù)方案是:輸入單次任務(wù)中所有種類貨包使用的最大限制數(shù)量約束，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊將貨包數(shù)量約束信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中。
[0011]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述方法中還包括步驟S5、裝載方案三維顯示模塊從數(shù)據(jù)庫中讀取合理化方案的數(shù)據(jù)，并在用戶界面上以三維方式將方案呈現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明還可以:所述步驟S4中量子遺傳算法與啟發(fā)式三維裝載算法相結(jié)合的方式包括:
[0013]S41、優(yōu)化計(jì)算輸入信息初始化；
[0014]S42、裝載方案染色體編碼并生成初始種群；
[0015]S43、當(dāng)前種群內(nèi)個(gè)體交叉生成交叉種群；
[0016]S44、交叉種群內(nèi)個(gè)體變異生成變異種群；
[0017]S45、變異種群內(nèi)個(gè)體進(jìn)行量子測(cè)量生成新種群；
[0018]S46、新種群與當(dāng)前種群進(jìn)行組合生成合并種群；
[0019]S47、合并種群內(nèi)個(gè)體進(jìn)行啟發(fā)式裝載并計(jì)算適應(yīng)度；
[0020]S48、合并種群輪盤賭選擇生成新一代當(dāng)前種群；
[0021]S49、判斷是否滿足終止條件，如為是，則輸出全局優(yōu)化方案；反之則從步驟S43循環(huán)，當(dāng)進(jìn)行大于或等于I次的循環(huán)后，合并種群輪盤賭選擇生成的新一代當(dāng)前種群替換當(dāng)前待輸出的全局優(yōu)化方案。
[0022]進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述步驟S42裝載方案染色體編碼生成初始種群的步驟包括:
[0023]S421、按照貨物的體積從大到小進(jìn)行排序，得到排序后的貨物列表，作為后續(xù)計(jì)算的檢索基礎(chǔ)；
[0024]S422、按照排序后的貨物列表，使用貨物的類別編號(hào)作為基因，構(gòu)造初始化裝載方案的染色體；
[0025]S423、根據(jù)構(gòu)造的初始化裝載方案的染色體，采用個(gè)體變異的方法構(gòu)造N-1個(gè)染色體，合并初始化裝載方案的染色體，共得到N個(gè)裝載方案的染色體，以完成個(gè)體數(shù)為N的初始化種群構(gòu)造，并將初始化種群賦值給當(dāng)前種群。
[0026]進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述步驟S47進(jìn)行啟發(fā)式裝載并計(jì)算適應(yīng)度的步驟包括:
[0027]S4701、對(duì)染色體信息進(jìn)行解碼得到貨物裝載順序列表；
[0028]S4702、從貨物裝載順序列表中按照順序查找到第一個(gè)未裝載貨物作為當(dāng)前裝載貨物；
[0029]S4703、根據(jù)當(dāng)前裝載貨物查找最適合的貨包，并將其作為裝載空間，將貨物裝入裝載空間；
[0030]S4704、對(duì)裝載空間進(jìn)行劃分，將劃分后的裝載空間壓入裝載空間堆棧；
[0031]S4705、判斷裝載空間堆棧是否為空，如不為空?qǐng)?zhí)行下一步，如果為空轉(zhuǎn)入步驟S4702 ；
[0032]S4706、裝載空間彈出堆棧；
[0033]S4707、從貨物裝載列表按照順序選擇到一個(gè)還未裝載入貨包的可裝貨物，如沒有選擇到貨物，轉(zhuǎn)入步驟S4708 ;如選擇到了貨物，轉(zhuǎn)入步驟S4710 ；
[0034]S4708、判斷是否還有貨物未裝，如果還有貨物未裝，轉(zhuǎn)入步驟S4709 ;如果沒有貨物未裝，轉(zhuǎn)入步驟S4711 ；[0035]S4709、進(jìn)行空間轉(zhuǎn)移處理，判斷轉(zhuǎn)移后得到的新空間是否在過去處理過，如果沒有處理過，將空間壓入堆棧，轉(zhuǎn)入步驟S4705，如果轉(zhuǎn)移處理后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移空間已經(jīng)計(jì)算過，則直接轉(zhuǎn)入步驟S4705 ；
[0036]S4710、將貨物裝入裝載空間，然后轉(zhuǎn)入步驟S4704 ；
[0037]S4711、返回裝載方案并計(jì)算裝載率作為該染色體的適應(yīng)度值，同時(shí)結(jié)束該步驟。
[0038]本發(fā)明另一方面還提供了一種用于執(zhí)行上述多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)中包括:
[0039]基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊，用于輸入任務(wù)信息，將任務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，作為一次優(yōu)化計(jì)算任務(wù)中其他數(shù)據(jù)的檢索基礎(chǔ)；輸入單次任務(wù)所有類別貨包容器的基礎(chǔ)信息，將貨包容器基本信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中；輸入單次任務(wù)中所有待裝載貨物種類和單個(gè)貨物的數(shù)量信息，將待裝載貨物信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中；
[0040]裝載全局優(yōu)化計(jì)算模塊，用于利用啟發(fā)式三維裝載算法與量子遺傳算法結(jié)合的方式完成單次任務(wù)的裝載全局優(yōu)化計(jì)算，輸出裝載方案，判斷后并將合理化的方案存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，等待呈現(xiàn)；
[0041 ] 所述裝載方案三維顯示模塊，從數(shù)據(jù)庫中讀取合理化方案數(shù)據(jù)，并在用戶界面上以三維的方式將方案呈現(xiàn)，以三維的方式顯示裝載方案中所有容器結(jié)構(gòu)和所有容器內(nèi)裝載貨物的結(jié)果。
[0042]與上述的技術(shù)方案相類似，本發(fā)明還提供了一種單獨(dú)進(jìn)行的利用量子遺傳算法與啟發(fā)式三維裝載算法相結(jié)合的多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法，所述方法包括:
[0043]S41、優(yōu)化計(jì)算輸入信息初始化；
[0044]S42、裝載方案染色體編碼并生成初始種群；
[0045]S43、當(dāng)前種群內(nèi)個(gè)體交叉生成交叉種群；
[0046]S44、交叉種群內(nèi)個(gè)體變異生成變異種群；
[0047]S45、變異種群內(nèi)個(gè)體進(jìn)行量子測(cè)量生成新種群；
[0048]S46、新種群與當(dāng)前種群進(jìn)行組合生成合并種群；
[0049]S47、合并種群內(nèi)個(gè)體進(jìn)行啟發(fā)式裝載并計(jì)算適應(yīng)度；
[0050]S48、合并種群輪盤賭選擇生成新一代當(dāng)前種群；
[0051]S49、判斷是否滿足終止條件，如為是，則輸出全局優(yōu)化方案；反之則從步驟S43循環(huán)，當(dāng)進(jìn)行大于或等于I次的循環(huán)后，合并種群輪盤賭選擇生成的新一代當(dāng)前種群替換當(dāng)前待輸出的全局優(yōu)化方案。
[0052]進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述步驟S42裝載方案染色體編碼生成初始種群的步驟包括:
[0053]S421、按照貨物的體積從大到小進(jìn)行排序，得到排序后的貨物列表，作為后續(xù)計(jì)算的檢索基礎(chǔ)；
[0054]S422、按照排序后的貨物列表，使用貨物的類別編號(hào)作為基因，構(gòu)造初始化裝載方案的染色體；
[0055]S423、根據(jù)構(gòu)造的初始化裝載方案的染色體，采用個(gè)體變異的方法構(gòu)造N-1個(gè)染色體，合并初始化裝載方案的染色體，共得到N個(gè)裝載方案的染色體，以完成個(gè)體數(shù)為N的初始化種群構(gòu)造，并將初始化種群賦值給當(dāng)前種群。
[0056]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述步驟S47進(jìn)行啟發(fā)式裝載并計(jì)算適應(yīng)度的步驟包括:
[0057]S4701、對(duì)染色體信息進(jìn)行解碼得到貨物裝載順序列表；
[0058]S4702、從貨物裝載順序列表中按照順序查找到第一個(gè)未裝載貨物作為當(dāng)前裝載貨物；
[0059]S4703、根據(jù)當(dāng)前裝載貨物查找最適合的貨包，并將其作為裝載空間，將貨物裝入裝載空間；
[0060]S4704、對(duì)裝載空間進(jìn)行劃分，將劃分后的裝載空間壓入裝載空間堆棧；
[0061]S4705、判斷裝載空間堆棧是否為空，如不為空?qǐng)?zhí)行下一步，如果為空轉(zhuǎn)入步驟S4702 ；
[0062]S4706、裝載空間彈出堆棧；
[0063]S4707、從貨物裝載列表按照順序選擇到一個(gè)還未裝載入貨包的可裝貨物，如沒有選擇到貨物，轉(zhuǎn)入步驟S4708 ;如選擇到了貨物，轉(zhuǎn)入步驟S4710 ；
[0064]S4708、判斷是否還有貨物未裝，如果還有貨物未裝，轉(zhuǎn)入步驟S4709 ;如果沒有貨物未裝，轉(zhuǎn)入步驟S4711 ；
[0065]S4709、進(jìn)行空間轉(zhuǎn)移處理，判斷轉(zhuǎn)移后得到的新空間是否在過去處理過，如果沒有處理過，將空間壓入堆棧，轉(zhuǎn)入步驟S4705，如果轉(zhuǎn)移處理后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移空間已經(jīng)計(jì)算過，則直接轉(zhuǎn)入步驟S4705 ；
[0066]S4710、將貨物裝入裝載空間，然后轉(zhuǎn)入步驟S4704 ；
[0067]S4711、返回裝載方案并計(jì)算裝載率作為該染色體的適應(yīng)度值，同時(shí)結(jié)束該步驟。
[0068]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的部分有益效果如下:
[0069]I)本發(fā)明中的全局裝載優(yōu)化算法是在啟發(fā)式裝載算法基礎(chǔ)上，引入并整合了量子遺傳算法作基本核心骨架，從而大大提高了本優(yōu)化計(jì)算方法的并行階躍式探險(xiǎn)搜索優(yōu)化能力；
[0070]2)本發(fā)明中的全局裝載優(yōu)化算法中染色體變異和交叉操作采用了片段變異和交叉，這種片段變異和交叉使整合啟發(fā)式裝載算法與遺傳算法成為可能，同時(shí)這種片段變異和交叉較傳統(tǒng)的點(diǎn)位變異和交叉也大大保持了物種多樣性并提高了個(gè)體演化速度；
[0071]3)本發(fā)明中的全局裝載優(yōu)化算法是以染色體結(jié)構(gòu)外加高斯噪聲模擬量子疊態(tài)的自然特性，以隨機(jī)采樣方式構(gòu)建基于目標(biāo)函數(shù)評(píng)估個(gè)體的適應(yīng)度。這種設(shè)計(jì)既體現(xiàn)了量子計(jì)算與遺傳計(jì)算相結(jié)合的本質(zhì)特性，又大大降低了算法的時(shí)空復(fù)雜度。
[0072]4)本發(fā)明將啟發(fā)式三維裝載算法與量子遺傳算法有機(jī)結(jié)合，可以處理多種貨物放置入多種不同規(guī)格的貨包容器的全局裝載優(yōu)化計(jì)算，相對(duì)原有的處理單個(gè)貨包容器或者單類貨包容器優(yōu)化計(jì)算來說，具有較為明顯的全局優(yōu)勢(shì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0073]圖1為用于說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的全局優(yōu)化計(jì)算流程圖；
[0074]圖2為用于說明本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中基于染色體的啟發(fā)式裝載算法流程圖；
[0075]圖3為用于說明本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中貨包空間劃分策略與轉(zhuǎn)移策略的示意圖；[0076]圖中，I為前空間1、2為上空間2、3為左空間3。
【具體實(shí)施方式】
[0077]目前學(xué)術(shù)界有一股研究趨勢(shì)是將量子計(jì)算引入傳統(tǒng)演化算法，因?yàn)閺臄?shù)學(xué)意義上講，量子系統(tǒng)是一個(gè)超并行高維隨機(jī)系統(tǒng)，量子計(jì)算思想與經(jīng)典智能算法相結(jié)合可以顯著增強(qiáng)傳統(tǒng)演化算法的種群多樣性，進(jìn)而提高了系統(tǒng)維持能力和全局優(yōu)化性能，這種復(fù)合的優(yōu)化算法同時(shí)也具有了較低的時(shí)空復(fù)雜度等優(yōu)點(diǎn)，因此研究將傳統(tǒng)演化算法(如遺傳算法)和量子計(jì)算進(jìn)行有機(jī)整合同時(shí)結(jié)合傳統(tǒng)的啟發(fā)式裝載算法得到復(fù)合的全局裝載優(yōu)化算法，并將其應(yīng)用于三維裝載工程應(yīng)用具有重要的基礎(chǔ)意義。
[0078]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0079]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法，所述方法可按照如下步驟進(jìn)行操作:
[0080]S1、輸入任務(wù)信息，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊將任務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，作為一次優(yōu)化計(jì)算任務(wù)中其他數(shù)據(jù)的檢索基礎(chǔ)；
[0081]S2、輸入單次任務(wù)所有類別貨包容器的基礎(chǔ)信息，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊將貨包容器的基本信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中；
[0082]S3、輸入單次任務(wù)中所有待裝載貨物種類和單個(gè)貨物的數(shù)量信息，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊將待裝載的貨物信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中；
[0083]S4、啟動(dòng)裝載全局優(yōu)化計(jì)算模塊，利用量子遺傳算法與啟發(fā)式三維裝載算法相結(jié)合的方式完成單次任務(wù)的裝載全局優(yōu)化計(jì)算，輸出裝載方案；進(jìn)行判斷后并將合理化的方案存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，等待呈現(xiàn)。
[0084]進(jìn)一步的，為減少裝載全局優(yōu)化計(jì)算模塊出現(xiàn)的較大的誤差，上述實(shí)施例中的步驟S3與S4之間還可增設(shè)如下步驟:輸入單次任務(wù)中所有種類貨包使用的最大限制數(shù)量約束，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊將貨包數(shù)量約束信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中。
[0085]并且，為更加直觀的了解裝載全局優(yōu)化計(jì)算模塊輸出的裝載方案，在上述實(shí)施例的步驟S4結(jié)束后，繼續(xù)進(jìn)行步驟S5、裝載方案三維顯示模塊從數(shù)據(jù)庫中讀取合理化方案的數(shù)據(jù)，并在用戶界面上以三維方式將方案呈現(xiàn)。
[0086]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是一種用于執(zhí)行上述多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包括:
[0087]基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊，用于輸入任務(wù)信息，將任務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，作為一次優(yōu)化計(jì)算任務(wù)中其他數(shù)據(jù)的檢索基礎(chǔ)；輸入單次任務(wù)所有類別貨包容器的基礎(chǔ)信息，將貨包容器基本信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中；輸入單次任務(wù)中所有待裝載貨物種類和單個(gè)貨物的數(shù)量信息，將待裝載貨物信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中；
[0088]裝載全局優(yōu)化計(jì)算模塊，用于利用啟發(fā)式三維裝載算法與量子遺傳算法結(jié)合的方式完成單次任務(wù)的裝載全局優(yōu)化計(jì)算，輸出裝載方案，判斷后并將合理化的方案存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，等待呈現(xiàn)；
[0089]所述裝載方案三維顯示模塊，從數(shù)據(jù)庫中讀取合理化方案數(shù)據(jù)，并在用戶界面上以三維的方式將方案呈現(xiàn)，以三維的方式顯示裝載方案中所有容器結(jié)構(gòu)和所有容器內(nèi)裝載貨物的結(jié)果。[0090]參考圖1所示，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，上述啟發(fā)式三維裝載算法與量子遺傳算法相結(jié)合的裝載全局優(yōu)化算法流程包括輸入信息初始化、裝載方案染色體編碼產(chǎn)生初始種群、當(dāng)前種群內(nèi)個(gè)體交叉生成交叉種群、交叉種群內(nèi)個(gè)體變異生成變異種群、變異種群內(nèi)個(gè)體進(jìn)行量子測(cè)量生成新種群、新種群與當(dāng)前種群進(jìn)行組合生成合并種群、合并種群內(nèi)個(gè)體進(jìn)行啟發(fā)式裝載并計(jì)算適應(yīng)度、合并種群輪盤賭選擇生成新一代當(dāng)前種群、替換當(dāng)前全局最優(yōu)方案、終止條件判斷和輸出優(yōu)化結(jié)果等步驟。下面以一個(gè)具體的實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0091](I)輸入信息初始化
[0092]本實(shí)施例用于裝載的貨包容器為若干個(gè)矩形體規(guī)則容器，這些容器為最小單元，具有多種尺寸，不可再細(xì)分。本步驟將從數(shù)據(jù)庫中讀取每種容器的三維尺寸和每種容器的最大限制數(shù)到內(nèi)存，并構(gòu)造貨包容器信息列表，然后從數(shù)據(jù)庫中讀取每種貨物的三維尺寸和每種貨物的數(shù)量到內(nèi)存，并構(gòu)造貨物信息列表。單個(gè)貨物信息的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表1所
/Jn ο
[0093]表1貨物信息的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
[0094]
【權(quán)利要求】
1.一種多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法，其特征在于所述方法包括: 51、輸入任務(wù)信息，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊將任務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，作為一次優(yōu)化計(jì)算任務(wù)中其他數(shù)據(jù)的檢索基礎(chǔ)； 52、輸入單次任務(wù)所有類別貨包容器的基礎(chǔ)信息，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊將貨包容器的基本信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中； 53、輸入單次任務(wù)中所有待裝載貨物種類和單個(gè)貨物的數(shù)量信息，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊將待裝載的貨物信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中； 54、啟動(dòng)裝載全局優(yōu)化計(jì)算模塊，利用量子遺傳算法與啟發(fā)式三維裝載算法相結(jié)合的方式完成單次任務(wù)的裝載全局優(yōu)化計(jì)算，輸出裝載方案；進(jìn)行判斷后并將合理化的方案存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，等待呈現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法，其特征在于所述步驟S3與S4之間還包括如下步驟:輸入單次任務(wù)中所有種類貨包使用的最大限制數(shù)量約束，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊將貨包數(shù)量約束信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法，其特征在于:所述方法中還包括步驟S5、裝載方案三維顯示模塊從數(shù)據(jù)庫中讀取合理化方案的數(shù)據(jù)，并在用戶界面上以三維方式將方案呈現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟S4中量子遺傳算法與啟發(fā)式三維裝載算法相結(jié)合的方式包括: 541、優(yōu)化計(jì)算輸入信息初始化；. 542、裝載方案染色體編碼并生成初始種群； 543、當(dāng)前種群內(nèi)個(gè)體交叉生成交叉種群； 544、交叉種群內(nèi)個(gè)體變異生成變異種群； 545、變異種群內(nèi)個(gè)體進(jìn)行量子測(cè)量生成新種群； 546、新種群與當(dāng)前種群進(jìn)行組合生成合并種群； 547、合并種群內(nèi)個(gè)體進(jìn)行啟發(fā)式裝載并計(jì)算適應(yīng)度； 548、合并種群輪盤賭選擇生成新一代當(dāng)前種群； 549、判斷是否滿足終止條件，如為是，則輸出全局優(yōu)化方案；反之則從步驟S43循環(huán)，當(dāng)進(jìn)行大于或等于I次的循環(huán)后，合并種群輪盤賭選擇生成的新一代當(dāng)前種群替換當(dāng)前待輸出的全局優(yōu)化方案。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟S42裝載方案染色體編碼生成初始種群的步驟包括: .5421、按照貨物的體積從大到小進(jìn)行排序，得到排序后的貨物列表，作為后續(xù)計(jì)算的檢索基礎(chǔ)； .5422、按照排序后的貨物列表，使用貨物的類別編號(hào)作為基因，構(gòu)造初始化裝載方案的染色體； .5423、根據(jù)構(gòu)造的初始化裝載方案的染色體，采用個(gè)體變異的方法構(gòu)造N-1個(gè)染色體，合并初始化裝載方案的染色體，共得到N個(gè)裝載方案的染色體，以完成個(gè)體數(shù)為N的初始化種群構(gòu)造，并將初始化種群賦值給當(dāng)前種群。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟S47進(jìn)行啟發(fā)式裝載并計(jì)算適應(yīng)度的步驟包括: S4701、對(duì)染色體信息進(jìn)行解碼得到貨物裝載順序列表； S4702、從貨物裝載順序列表中按照順序查找到第一個(gè)未裝載貨物作為當(dāng)前裝載貨物； S4703、根據(jù)當(dāng)前裝載貨物查找最適合的貨包，并將其作為裝載空間，將貨物裝入裝載空間； S4704、對(duì)裝載空間進(jìn)行劃分,將劃分后的裝載空間壓入裝載空間堆棧； S4705、判斷裝載空間堆棧是否為空，如不為空?qǐng)?zhí)行下一步，如果為空轉(zhuǎn)入步驟S4702； S4706、裝載空間彈出堆棧； S4707、從貨物裝載列表按照順序選擇到一個(gè)還未裝載入貨包的可裝貨物，如沒有選擇到貨物，轉(zhuǎn)入步驟S4708 ;如選擇到了貨物，轉(zhuǎn)入步驟S4710 ； S4708、判斷是否還有貨物未裝，如果還有貨物未裝，轉(zhuǎn)入步驟S4709;如果沒有貨物未裝，轉(zhuǎn)入步驟S4711 ； S4709、進(jìn)行空間轉(zhuǎn)移處理，判斷轉(zhuǎn)移后得到的新空間是否在過去處理過，如果沒有處理過，將空間壓入堆棧，轉(zhuǎn)入步驟S4705，如果轉(zhuǎn)移處理后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移空間已經(jīng)計(jì)算過，則直接轉(zhuǎn)入步驟S4705 ； S4710、將貨物裝入裝載空間，然后轉(zhuǎn)入步驟S4704； S4711、返回裝載方案并計(jì)算裝載率作為該染色體的適應(yīng)度值，同時(shí)結(jié)束該步驟。
7.一種用于執(zhí)行權(quán)利要求1至6任意一項(xiàng)所述多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)中包括: 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊，用于輸入任務(wù)信息，將任務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，作為一次優(yōu)化計(jì)算任務(wù)中其他數(shù)據(jù)的檢索基礎(chǔ)；輸入單次任務(wù)所有類別貨包容器的基礎(chǔ)信息，將貨包容器基本信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中；輸入單次任務(wù)中所有待裝載貨物種類和單個(gè)貨物的數(shù)量信息，將待裝載貨物信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中； 裝載全局優(yōu)化計(jì)算模塊，用于利用啟發(fā)式三維裝載算法與量子遺傳算法結(jié)合的方式完成單次任務(wù)的裝載全局優(yōu)化計(jì)算，輸出裝載方案，判斷后并將合理化的方案存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫中，等待呈現(xiàn)； 所述裝載方案三維顯示模塊，從數(shù)據(jù)庫中讀取合理化方案數(shù)據(jù)，并在用戶界面上以三維的方式將方案呈現(xiàn)，以三維的方式顯示裝載方案中所有容器結(jié)構(gòu)和所有容器內(nèi)裝載貨物的結(jié)果。
8. 一種利用量子遺傳算法與啟發(fā)式三維裝載算法相結(jié)合的多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法，其特征在于:所述方法包括: S41、優(yōu)化計(jì)算輸入信息初始化； S42、裝載方案染色體編碼并生成初始種群； S43、當(dāng)前種群內(nèi)個(gè)體交叉生成交叉種群； S44、交叉種群內(nèi)個(gè)體變異生成變異種群； S45、變異種群內(nèi)個(gè)體進(jìn)行量子測(cè)量生成新種群； S46、新種群與當(dāng)前種群進(jìn)行組合生成合并種群；S47、合并種群內(nèi)個(gè)體進(jìn)行啟發(fā)式裝載并計(jì)算適應(yīng)度； S48、合并種群輪盤賭選擇生成新一代當(dāng)前種群； S49、判斷是否滿足終止條件，如為是，則輸出全局優(yōu)化方案；反之則從步驟S43循環(huán)，當(dāng)進(jìn)行大于或等于I次的循環(huán)后，合并種群輪盤賭選擇生成的新一代當(dāng)前種群替換當(dāng)前待輸出的全局優(yōu)化方案。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟S42裝載方案染色體編碼生成初始種群的步驟包括: S421、按照貨物的體積從大到小進(jìn)行排序，得到排序后的貨物列表，作為后續(xù)計(jì)算的檢索基礎(chǔ)； S422、按照排序后的貨物列表，使用貨物的類別編號(hào)作為基因，構(gòu)造初始化裝載方案的染色體； S423、根據(jù)構(gòu)造的初始化裝載方案的染色體，采用個(gè)體變異的方法構(gòu)造N-1個(gè)染色體，合并初始化裝載方案的染色體，共得到N個(gè)裝載方案的染色體，以完成個(gè)體數(shù)為N的初始化種群構(gòu)造，并將初始化種群賦值給當(dāng)前種群。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多種物資放入多規(guī)格貨包的三維裝載全局優(yōu)化方法，其特征在于:所述步驟S47進(jìn)行啟發(fā)式裝載并計(jì)算適應(yīng)度的步驟包括: S4701、對(duì)染色體信息進(jìn)行解碼得到貨物裝載順序列表； S4702、從貨物裝載順序列表中按照順序查找到第一個(gè)未裝載貨物作為當(dāng)前裝載貨物； S4703、根據(jù)當(dāng)前裝載貨物查找最適合的貨包，并將其作為裝載空間，將貨物裝入裝載空間； S4704、對(duì)裝載空間進(jìn)行劃分,將劃分后的裝載空間壓入裝載空間堆棧； S4705、判斷裝載空間堆棧是否為空，如不為空?qǐng)?zhí)行下一步，如果為空轉(zhuǎn)入步驟S4702； S4706、裝載空間彈出堆棧； S4707、從貨物裝載列表按照順序選擇到一個(gè)還未裝載入貨包的可裝貨物，如沒有選擇到貨物，轉(zhuǎn)入步驟S4708 ;如選擇到了貨物，轉(zhuǎn)入步驟S4710 ； S4708、判斷是否還有貨物未裝，如果還有貨物未裝，轉(zhuǎn)入步驟S4709;如果沒有貨物未裝，轉(zhuǎn)入步驟S4711 ； S4709、進(jìn)行空間轉(zhuǎn)移處理，判斷轉(zhuǎn)移后得到的新空間是否在過去處理過，如果沒有處理過，將空間壓入堆棧，轉(zhuǎn)入步驟S4705，如果轉(zhuǎn)移處理后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移空間已經(jīng)計(jì)算過，則直接轉(zhuǎn)入步驟S4705 ； S4710、將貨物裝入裝載空間，然后轉(zhuǎn)入步驟S4704； S4711、返回裝載方案并計(jì)算裝載率作為該染色體的適應(yīng)度值，同時(shí)結(jié)束該步驟。
【文檔編號(hào)】G06N3/12GK103473617SQ201310424983
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】周保琢, 唐經(jīng)天, 劉俊, 宋勇, 陳粵海 申請(qǐng)人:四川航天系統(tǒng)工程研究所