一種基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供了一種基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法，本方法采取基于二叉空間分割樹驅動搜索，并在選擇算子作用產(chǎn)生重復個體出現(xiàn)時，實現(xiàn)遺傳算法的有方向性在搜索空間內(nèi)進行局域搜索、鄰域搜索和跨域搜索的自變異驅動，從而有效避免了重復個體的出現(xiàn)，維持了種群的多樣性和改變了遺傳算法隨機搜索的特性。
【專利說明】—種基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及信息【技術領域】，具體涉及一種基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002]遺傳算法是以達爾文進化論思想和孟德爾遺傳理論為基礎，模擬生物進化繁殖、變異、競爭、選擇的基本特性，提出通過選擇、重組和變異三種操作求解現(xiàn)實問題的自組織和自適應的人工智能算法。染色體作為遺傳算法的主要載體，是由若干個具有一定特征的基因組合而成。遺傳算法借助遺傳算子對當代種群染色體進行交叉和變異操作，產(chǎn)生子代種群；交叉算子具有較強的搜索能力，且種群的多樣性決定交叉算子的搜索能力；變異算子則通過變異操作可以產(chǎn)生當代種群中沒有的染色體基因，以維持種群個體的多樣性
[137]，且實驗發(fā)現(xiàn)，若取消變異作用，遺傳算法無法趨于收斂。
[0003]本方案發(fā)明在對傳統(tǒng)的遺傳算法進行研究的過程中發(fā)現(xiàn)，，因為傳統(tǒng)遺傳算法變異操作只有一個固定的經(jīng)驗概率值，變異操作具有隨機性，導致了參數(shù)空間的搜索無方向性，且?guī)泶罅康臒o效計算，造成了算法的收斂性較差；并且標準遺傳算法在選擇和交叉遺傳算子的作用下，進化過程中不可避免產(chǎn)生大量的重復出現(xiàn)的個體，且變異操作具有隨機性和盲目性的缺陷。因此，現(xiàn)有技術有待改進和提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實施例提供一種基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法，以期提供一種可以進行空間局域搜索、鄰域搜索和跨域搜索遞進性方向引導的自編譯方法，從而有效避免重復個體的出現(xiàn)。
[0005]本發(fā)明實施例提供一種基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法，所述方法包括:
[0006]初始化種群:對種群S= {S (I),S (2)，…，S (t)}中的t個種類資源進行對應編碼，并生成前后隨機排列的染色體個體，設D為第i個染色體個體S (i)的總維度，R是基因取值分辨率，則整個搜索空間的大小為RD ；
[0007]計算個體適應度:根據(jù)預設的適應度函數(shù)，計算種群中每個染色體個體的適應度值；
[0008]根據(jù)二叉空間分割樹在所述搜索空間中插入染色體個體S (i):從二叉空間分割樹的根節(jié)點出發(fā)，根據(jù)第一預設條件確定s (i)屬于左節(jié)點空間還是右節(jié)點空間，并沿著所在子空間的節(jié)點方向繼續(xù)向下搜索，搜索到葉子節(jié)點為止；
[0009]若所述S (i)與二叉空間分割樹中先前節(jié)點都不重復，則直接插入二叉空間分割樹，作為新的葉子節(jié)點；其中，若所述S (i)的父節(jié)點無左子節(jié)點，則所述S (i)作為左子節(jié)點直接繼承其父節(jié)點搜索子空間，若所述S (i)的父節(jié)點已有左子節(jié)點S (i ')，則根據(jù)第二預設條件進行左子節(jié)點和右子節(jié)點的位置調(diào)整；[0010]若所述S (i)插入二叉空間分割樹且進行了子空間分割操作時，檢查分割后的左子節(jié)點和右子節(jié)點搜索空間是否已處于不可分割的狀態(tài)，若是，則設置所述s (i)位置為關閉狀態(tài)；
[0011]若在插入新染色體個體S (j)時出現(xiàn)S (j)與S (i)重復，則在S (i)所映射的搜索子空間Subspace (S (i))范圍內(nèi)對S (j)進行變異操作，或者在Subspace (S (i))的鄰域范圍內(nèi)對S (j)進行變異操作,或者不受Subspace (S (i))范圍的限制對S (j)進行變異操作。
[0012]其中，所述若所述S (i)的父節(jié)點已有左子節(jié)點S (i ')，則根據(jù)第二預設條件進行左子節(jié)點和右子節(jié)點的位置調(diào)整包括:
[0013]將S (i)和S (i’)進行維度比較，選擇比較維度最大的基因位，所述比較維度為
[0014]^axi d(S(i), S(HIk),
[0015]其中，d(S(i)，S(i' )|k)為S (i)和S (i’)在第k個基因位的維度距離，且d(S(i),S(i/ ) |k)=S(i)-S(i/ );
[0016]從所選擇的基因位所映射的維度，對左子節(jié)點的搜索空間進行等距離的子空間分害I]，并依據(jù)S (i)和S (i’)在基因位的基因值大小，按照左節(jié)點小于右節(jié)點的原則，進行左子節(jié)點和右子節(jié)點的位置調(diào)整。
[0017]所述對種群S= {S (I),S (2)，…，S (t)}中的t個種類資源進行對應編碼包括:對所述種群S= {S (I),S (2)，…，S (t)}中的t個種類資源采取四位十六進制編碼，或者六位十六進制編碼，或者整數(shù)編碼。
[0018]進一步的，在計算個體適應度之前包括:將編碼的種群S={S (I), S (2)，…，S(t)}中的t個種類資源進行解碼。
[0019]其中，所述若在插入染色體個體S (j)時出現(xiàn)S (j)與S (i)重復，則在S (i)所映射的搜索子空間Subspace (S (i))范圍內(nèi)對S (j)進行變異操作包括:
[0020]確定Subspace (S (i))開關位置是否為開放狀態(tài)，若是，則當S (i)的左子節(jié)點或右子節(jié)點為空，則選擇Subspace (S (i))維度空間最大的基因位，S (j)在所述Subspace(S (i))維度空間范圍內(nèi)對選擇的相應基因位進行基因變異。
[0021]所述若在插入染色體個體S (j)時出現(xiàn)S (j)與S (i)重復,則在Subspace (S(i))的鄰域范圍內(nèi)對S (j)進行變異操作包括:
[0022]確定所述S (i)所映射的搜索子空間Subspace (S (i))開關位置是否為關閉狀態(tài)，若是，則回退至所述S (i)的父節(jié)點，并判斷所述S (i)的兄弟節(jié)點S (r)所映射的搜索子空間Subspace (S (r))開關位置是否為開放狀態(tài),若是，
[0023]則掃描新染色體S (j)的每個基因是否屬于Subspace (S (r))，將不屬于的基因在Subspace (S (r))所對應的維度空間內(nèi)進行隨機變異。
[0024]所述若在插入染色體個體S (j)時出現(xiàn)S (j)與S (i)重復，，則不受Subspace(S (i))范圍的限制對S (j)進行變異操作包括:
[0025]確定所述S (i)的左子節(jié) 點空間和右子節(jié)點空間是否均為關閉狀態(tài)，若是，
[0026]則新染色體S ( j)的基因在其初始維度空間范圍內(nèi)隨機變異為S ( j’)，從二叉空間分割樹的根節(jié)點搜索S (j’)所屬節(jié)點子空間。[0027]本發(fā)明實施例提供的基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法，采取基于二叉空間分割樹驅動搜索，并在選擇算子作用產(chǎn)生重復個體出現(xiàn)時，實現(xiàn)遺傳算法的有方向性在搜索空間內(nèi)進行局域搜索、鄰域搜索和跨域搜索的自變異驅動，從而有效避免了重復個體的出現(xiàn)，維持了種群的多樣性和改變了遺傳算法隨機搜索的特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明實施例提供的一種基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明實施例提供一種基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法，以期提供一種可以進行空間局域搜索、鄰域搜索和跨域搜索遞進性方向引導的自編譯方法，有效避免重復個體的出現(xiàn)。
[0030]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0031]本發(fā)明實施例提供一種基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法，包括:
[0032]初始化種群:對種群S= {S (I),S (2)，…，S (t)}中的t個種類資源進行對應編碼，并生成前后隨機排列的染色體個體，設D為第i個染色體個體S (i)的總維度，R是基因取值分辨率，則整個搜索空間的大小為RD ；
[0033]計算個體適應度:根據(jù)預設的適應度函數(shù)，計算種群中每個染色體個體的適應度值；
[0034]根據(jù)二叉空間分割樹在所述搜索空間中插入染色體個體S (i):從二叉空間分割樹的根節(jié)點出發(fā)，根據(jù)第一預設條件確定S (i)屬于左節(jié)點空間還是右節(jié)點空間，并沿著所在子空間的節(jié)點方向繼續(xù)向下搜索，搜索到葉子節(jié)點為止；
[0035]若所述S (i)與二叉空間分割樹中先前節(jié)點都不重復，則直接插入二叉空間分割樹，作為新的葉子節(jié)點；其中，若所述S (i)的父節(jié)點無左子節(jié)點，則所述S (i)作為左子節(jié)點直接繼承其父節(jié)點搜索子空間，若所述S (i)的父節(jié)點已有左子節(jié)點S (i ')，則根據(jù)第二預設條件進行左子節(jié)點和右子節(jié)點的位置調(diào)整；
[0036]若所述S (i)插入二叉空間分割樹且進行了子空間分割操作時，檢查分割后的左子節(jié)點和右子節(jié)點搜索空間是否已處于不可分割的狀態(tài)，若是，則設置所述S (i)位置為關閉狀態(tài)；
[0037]若在插入新染色體個體S (j)時出現(xiàn)S (j)與S (i)重復，則在S (i)所映射的搜索子空間Subspace (S (i))范圍內(nèi)對S (j)進行變異操作，或者在Subspace (S (i))的鄰域范圍內(nèi)對S (j)進行變異操作,或者不受Subspace (S (i))范圍的限制對S (j)進行變異操作。
[0038]所述若所述S (i)的父節(jié)點已有左子節(jié)點S (i’)，則根據(jù)第二預設條件進行左子節(jié)點和右子節(jié)點的位置調(diào)整包括:
[0039]將所述S (i)和所述S (i’)進行維度比較，選擇比較維度最大的基因位，所述比較維度為
[0040]^iaxi d(S(i); S(V)Ik),
[0041]其中，所述d(s(i)，s(i' )|k)為s (i)和s (i’)在第k個基因位的維度距離，且d(S(i),S(i/ ) |k)=S(i)-S(i/ );
[0042]從所選擇的基因位所映射的維度，對左子節(jié)點的搜索空間進行等距離的子空間分害I]，并依據(jù)所述S (i)和所述S (i ')在所述基因位的基因值大小，按照左節(jié)點小于右節(jié)點的原則，進行左子節(jié)點和右子節(jié)點的位置調(diào)整。
[0043]其中，所述對種群S= {S (I),S (2)，…，S (t)}中的t個種類資源進行對應編碼包括:對所述種群S= {S (I), S (2)，…，S (t)}中的t個種類資源采取四位十六進制編碼，或者六位十六進制編碼，或者整數(shù)編碼。
[0044]在此基礎上，在計算個體適應度之前包括:將編碼的種群S={S (I), S (2)，…，S(t)}中的t個種類資源進行解碼。
[0045]進一步的，所述若在插入染色體個體S (j)時出現(xiàn)S (j)與S (i)重復，則在S (i)所映射的搜索子空間Subspace (S (i))范圍內(nèi)對S (j)進行變異操作包括:
[0046]確定Subspace (S (i))開關位置是否為開放狀態(tài)，若是，則當S (i)的左子節(jié)點或右子節(jié)點為空，則選擇S ubspace (S (i))維度空間最大的基因位，S (j)在所述Subspace(S (i))維度空間范圍內(nèi)對選擇的相應基因位進行基因變異。
[0047]同時，所述S (j)在所述Subspace (S (i))維度空間范圍內(nèi)對選擇的相應基因位進行基因變異后，若變異后的S (j)依然與S (i)相同，，則停止對S (j)再進行變異操作。
[0048]所述若在插入染色體個體S (j)時出現(xiàn)S (j)與S (i)重復,貝U在Subspace (S
(i))的鄰域范圍內(nèi)對S (j)進行變異操作包括:
[0049]確定所述S (i)所映射的搜索子空間Subspace (S (i))開關位置是否為關閉狀態(tài)，若是，則回退至所述S (i)的父節(jié)點，并判斷所述S (i)的兄弟節(jié)點S (r)所映射的搜索子空間Subspace (S (r))開關位置是否為開放狀態(tài),若是，
[0050]則掃描新染色體S (j)的每個基因是否屬于Subspace (S (r))，將不屬于的基因在Subspace (S (r))所對應的維度空間內(nèi)進行隨機變異。
[0051]所述若在插入染色體個體S (j)時出現(xiàn)S (j)與S (i)重復，，則不受Subspace(S (i))范圍的限制對S (j)進行變異操作包括:
[0052]確定所述S (i)的左子節(jié)點空間和右子節(jié)點空間是否均為關閉狀態(tài)，若是，
[0053]則新染色體S ( j)的基因在其初始維度空間范圍內(nèi)隨機變異為S ( j’)，從二叉空間分割樹的根節(jié)點搜索S (j’)所屬節(jié)點子空間。
[0054]由上可見，本發(fā)明實施例提供的基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法，采取基于二叉空間分割樹驅動搜索，并在選擇算子作用產(chǎn)生重復個體出現(xiàn)時，實現(xiàn)遺傳算法的有方向性在搜索空間內(nèi)進行局域搜索、鄰域搜索和跨域搜索的自變異驅動，從而有效避免了重復個體的出現(xiàn)，維持了種群的多樣性和改變了遺傳算法隨機搜索的特性。
[0055]本發(fā)明實施例還提供一種基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法，參見圖1所示，包括:
[0056]S100、初始化種群:對種群S={S (I), S (2)，…，S⑴}中的t個種類資源進行對應編碼，并生成前后隨機排列的染色體個體，設D為第i個染色體個體S (i)的總維度，R是基因取值分辨率，則整個搜索空間的大小為RD ；
[0057]其中，本發(fā)明實施例中所說的S (i)的總維度D是指染色體個體S (i)的基因數(shù)量，基因取值分辨率是指基因可能取值數(shù)。
[0058]S200、計算個體適應度:根據(jù)預設的適應度函數(shù)，計算種群中每個染色體個體的適
應度值；
[0059]S300、根據(jù)二叉空間分割樹在所述搜索空間中插入染色體個體S (i)0
[0060]二叉空間分割樹(Binary Space Partitioning,簡稱BSP)是一種空間分割技術，即任何平面都可以將空間分割為兩個半空間，如果任何半空間中有一個平面，可進一步將此半空間分割為更小的兩個子空間，通過這種遞歸方法將空間使用超平面劃分為凸面體集合，采用多邊形列表將子空間分割得越來越小，最終構造一個BSP 二叉空間分割樹。BSP樹是一種用來對N維空間中的元素進行快速有效的排序和查找的數(shù)據(jù)結構，BSP樹表示整個空間，BSP樹中任一節(jié)點表示一個子空間，每個節(jié)點對應一個超平面，將這個節(jié)點表示的空間分割成兩個子空間。最初，整個區(qū)域被定義為BSP樹的根，之后，繼續(xù)劃分區(qū)域，一旦把凹形區(qū)域劃分為兩個凸形區(qū)域(在最好情況下)或凹多邊形，命名這些區(qū)域成為其父節(jié)點的子節(jié)點。
[0061]本文算法將整個參數(shù)空間定義為BSP樹根空間，BSP樹每個節(jié)點數(shù)據(jù)結構包含個體的染色體信息、所代表的搜索空間、節(jié)點開關以及指針群這四個信息，其中指針群用于關聯(lián)父節(jié)點和左右兩個子節(jié)點，節(jié)點開關表示該節(jié)點是否已經(jīng)處于原子狀態(tài)，其所有維度搜索空間是否可再分割。
[0062]步驟S300包括:
[0063]a、從BSP樹的根節(jié)點出發(fā)，面對兩個節(jié)點方向時，首先判斷新染色體個體屬于左節(jié)點空間，還是屬于右節(jié)點空間，不斷沿著所在子空間的節(jié)點方向繼續(xù)向下搜索，直到葉子節(jié)點為止；
[0064]b、若該染色體個體與BSP樹中先前節(jié)點都不重復，則說明該染色體個體是全新的，可以直接插進BSP樹，作為新的葉子節(jié)點；
[0065]C、若父節(jié)點無左子節(jié)點，新染色體個體作為左葉子節(jié)點，則直接繼承其父節(jié)點搜索子空間；
[0066]d、若父節(jié)點已經(jīng)存在左子節(jié)點，則應將新染色體和已有的左子節(jié)點進行維度比較，選擇比較維度最大的基因位，即
[0067]
【權利要求】
1.一種基于二叉空間分割樹的資源調(diào)度優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括: 初始化種群:對種群S= {S (I), S (2)，…，S (t)}中的t個種類資源進行對應編碼，并生成前后隨機排列的染色體個體，設D為第i個染色體個體S (i)的總維度，R是基因取值分辨率，則整個搜索空間的大小為RD ； 計算個體適應度:根據(jù)預設的適應度函數(shù)，計算種群中每個染色體個體的適應度值； 根據(jù)二叉空間分割樹在所述搜索空間中插入染色體個體S (i):從二叉空間分割樹的根節(jié)點出發(fā)，根據(jù)第一預設條件確定S (i)屬于左節(jié)點空間還是右節(jié)點空間，并沿著所在子空間的節(jié)點方向繼續(xù)向下搜索，搜索到葉子節(jié)點為止； 若所述S (i)與二叉空間分割樹中先前節(jié)點都不重復，則直接插入二叉空間分割樹，作為新的葉子節(jié)點；其中，若所述S (i)的父節(jié)點無左子節(jié)點，則所述S (i)作為左子節(jié)點直接繼承其父節(jié)點搜索子空間，若所述S (i)的父節(jié)點已有左子節(jié)點S (i ')，則根據(jù)第二預設條件進行左子節(jié)點和右子節(jié)點的位置調(diào)整； 若所述S (i)插入二叉空間分割樹且進行了子空間分割操作時，檢查分割后的左子節(jié)點和右子節(jié)點搜索空間是否已處于不可分割的狀態(tài)，若是，則設置所述S (i)位置為關閉狀態(tài)； 若在插入新染色體個體S (j)時出現(xiàn)S (j)與S (i)重復，則在S (i)所映射的搜索子空間Subspace (S (i))范圍內(nèi)對S (j )進行變異操作,或者在Subspace (S (i))的鄰域范圍內(nèi)對S (j)進行變異操作,或者不受Subspace (S (i))范圍的限制對S (j)進行變異操作。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述若所述S(i)的父節(jié)點已有左子節(jié)點S (i’)，則根據(jù)第二預設條 件進行左子節(jié)點和右子節(jié)點的位置調(diào)整包括: 將S (i)和S (i’)進行維度比較，選擇比較維度最大的基因位，比較維度為
max d(S(i), S(i')|k), kc[l,Dl' 其中，d(s(i)，s(i' ) |k)為s (i)和s (i’)在第k個基因位的維度距離，且d(S(i),S(i/ ) |k)=S(i)-S(i/ ); 從所選擇的基因位所映射的維度，對左子節(jié)點的搜索空間進行等距離的子空間分割，并依據(jù)S (i)和S (i’)在基因位的基因值大小，按照左節(jié)點小于右節(jié)點的原則，進行左子節(jié)點和右子節(jié)點的位置調(diào)整。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對種群S={S (I),S (2)，…，S (t)}中的t個種類資源進行對應編碼包括:對所述種群S={S (I),S (2)，…，S (t)}中的t個種類資源采取四位十六進制編碼，或者六位十六進制編碼，或者整數(shù)編碼。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，在計算個體適應度之前包括:將編碼的種群S={S (I),S (2)，-,S (t)}中的t個種類資源進行解碼。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述若在插入染色體個體S(j)時出現(xiàn)S(j)與S (i)重復，則在S (i)所映射的搜索子空間Subspace (S (i))范圍內(nèi)對S (j)進行變異操作包括: 確定Subspace (S (i))開關位置是否為開放狀態(tài)，若是，則當S (i)的左子節(jié)點或右子節(jié)點為空，則選擇Subspace (S (i))維度空間最大的基因位,S (j)在所述Subspace (S(i))維度空間范圍內(nèi)對選擇的相應基因位進行基因變異。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述S(j)在所述Subspace (S (i))維度空間范圍內(nèi)對選擇的相應基因位進行基因變異后，若變異后的S (j)依然與S (i)相同，則停止對S (j)再進行變異操作。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述若在插入染色體個體S(j)時出現(xiàn)S(j)與S (i)重復，則在Subspace (S (i))的鄰域范圍內(nèi)對S (j)進行變異操作包括: 確定所述S (i)所映射的搜索子空間Subspace (S (i))開關位置是否為關閉狀態(tài)，若是，則回退至所述S (i)的父節(jié)點，并判斷所述S (i)的兄弟節(jié)點S (r)所映射的搜索子空間Subspace (S (r))開關位置是否為開放狀態(tài)，若是，則掃描新染色體S (j)的每個基因是否屬于Subspace (S (r)),將不屬于的基因在Subspace (S (r))所對應的維度空間內(nèi)進行隨機變異。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述若在插入染色體個體S(j)時出現(xiàn)S(j)與S (i)重復，則不受Subspace (S (i))范圍的限制對S (j)進行變異操作包括: 確定所述S (i)的左子節(jié)點空間和右子節(jié)點空間是否均為關閉狀態(tài)，若是， 則新染色體S (j)的基因在其初始維度空間范圍內(nèi)隨機變異為S (j ')，從二叉空間分割樹的根節(jié)點搜索s (j y)所屬節(jié) 點子空間。
【文檔編號】G06F17/30GK103886375SQ201410156332
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月17日 優(yōu)先權日:2014年4月17日
【發(fā)明者】張黎明 申請人:張黎明