一種基于鳥(niǎo)類物種進(jìn)化機(jī)制的路徑優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于鳥(niǎo)類物種進(jìn)化機(jī)制的路徑優(yōu)化方法，包括：隨機(jī)生成若干條可行路徑，每一條路徑對(duì)應(yīng)一只鳥(niǎo)類的染色體，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)染色體上的一個(gè)基因，基因長(zhǎng)度為路徑長(zhǎng)度，基因順序?yàn)槁窂焦?jié)點(diǎn)順序；確定經(jīng)過(guò)可行路徑所需的花費(fèi)作為適應(yīng)性函數(shù)；根據(jù)經(jīng)過(guò)每條可行路徑花費(fèi)的多少對(duì)可行路徑進(jìn)行排序，并對(duì)其進(jìn)行分類；計(jì)算利用多夫多妻制類的可行路徑的數(shù)目，并重新隨機(jī)生成一定比例的新可行路徑，替代屬于多夫多妻制類的可行路徑；各條可行路徑按照其所屬鳥(niǎo)類物種進(jìn)化方式進(jìn)行繁殖重構(gòu)，完成繁殖重構(gòu)后，比較父代個(gè)體與子代個(gè)體的路徑長(zhǎng)度，保留花費(fèi)少的可行路徑；重復(fù)迭代到達(dá)設(shè)定的迭代次數(shù)閾值，獲取若干條可行路徑；對(duì)獲取的可行路徑中選取花費(fèi)最少的路徑作為優(yōu)選路徑。
【專利說(shuō)明】-種基于鳥(niǎo)類物種進(jìn)化機(jī)制的路徑優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及網(wǎng)絡(luò)路徑優(yōu)化領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種基于鳥(niǎo)類物種進(jìn)化機(jī)制的路 徑優(yōu)化方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 最短路徑問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中最基本的問(wèn)題，在多跳網(wǎng)絡(luò)的路由分配W及在事故搶 修、交通指揮、Gl^s導(dǎo)航等行業(yè)應(yīng)用中使用的非常廣泛，快速的路徑尋優(yōu)算法能使系統(tǒng)可W 充分的利用網(wǎng)絡(luò)資源，滿足客戶需求。
[0003] (1)求解單源最短路徑的取值非負(fù)問(wèn)題，最經(jīng)典的方法為Di Astra算法， Di Astra算法又稱為單源最短路徑，它能求從一個(gè)頂點(diǎn)出發(fā)，到所有可到達(dá)頂點(diǎn)的最短路 徑。主要特點(diǎn)是W起始點(diǎn)為中屯、向外層層擴(kuò)展，直到擴(kuò)展到終點(diǎn)為止。Dijkstra算法的優(yōu)點(diǎn) 是100%能得出最短路徑的最優(yōu)解，但由于它遍歷計(jì)算的節(jié)點(diǎn)很多，所W有效率低的缺點(diǎn)。
[0004] (2)化ang Wook Ahn等提出利用遺傳算法求解最短路徑問(wèn)題，該方法把可行路徑 分解成若干段，在保證路段拓?fù)溥B通性的前提下，利用交叉算子交互可變路段，利用變異算 子引入新的路段，不斷迭代直到算法收斂得到最短路徑。該法的主要缺點(diǎn)有兩個(gè)；一是算法 對(duì)新空間的探索能力是有限的，容易收斂到局部最優(yōu)解。二是算法屬于隨機(jī)類算法，需要多 次運(yùn)算，結(jié)果的可靠性差，不能穩(wěn)定的得到解。
[0005] 鳥(niǎo)類是世界上最大的四足類脊椎動(dòng)物，鳥(niǎo)類繁殖進(jìn)化的過(guò)程與優(yōu)化問(wèn)題有很多共 通之處，鳥(niǎo)類共有5種繁殖方式，包括單性生殖，單配制，一夫多妻制，一妻多夫制度，多夫 多妻制，每只鳥(niǎo)類將按照其自身的方式繁衍后代。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有路徑尋找方法存在的不足，本發(fā)明提出一種基于鳥(niǎo)類物種進(jìn)化 機(jī)制的路徑優(yōu)化方法，尋找出最短的路徑，該方法模仿了鳥(niǎo)類物種特有的衍化后代的方式， 通過(guò)模仿鳥(niǎo)類的繁殖進(jìn)化方式來(lái)求解圖論中的最短路徑問(wèn)題，能夠提高尋優(yōu)效率和收斂速 度。
[0007] 為了解決上述的不足，本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[000引一種基于鳥(niǎo)類物種進(jìn)化機(jī)制的路徑優(yōu)化方法，包括：
[0009] S1.隨機(jī)生成若干條可行路徑，每一條路徑對(duì)應(yīng)一只鳥(niǎo)類的染色體，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì) 應(yīng)染色體上的一個(gè)基因，基因長(zhǎng)度為路徑長(zhǎng)度，基因順序?yàn)槁窂焦?jié)點(diǎn)順序；
[0010] S2.確定經(jīng)過(guò)可行路徑所需的花費(fèi)作為適應(yīng)性函數(shù)；
[0011] S3.根據(jù)經(jīng)過(guò)每條可行路徑花費(fèi)的多少對(duì)可行路徑進(jìn)行排序，并對(duì)其進(jìn)行分類，其 具體分類方式如下：
[001引1)根據(jù)花費(fèi)的多少將可行路徑分為雌性類和雄性類，其中，花費(fèi)小于等于闊值A(chǔ) 時(shí)，則對(duì)應(yīng)的可行路徑屬于雌性類，否則屬于雄性類；
[0013] 2)對(duì)屬于雌性類的可行路徑進(jìn)行分類，根據(jù)花費(fèi)將其分為單性生殖類和一妻多夫 制類，其中，花費(fèi)小于等于闊值B時(shí)，則對(duì)應(yīng)的可行路徑屬于單性生殖類，否則屬于一妻多 夫制類；
[0014] 對(duì)屬于雄性類的可行路徑進(jìn)行分類，根據(jù)花費(fèi)將其分為單配制類、一夫多妻制類 和多夫多妻制類，其中，花費(fèi)小于等于闊值C時(shí)，則對(duì)應(yīng)的可行路徑屬于單配制類，花費(fèi)大 于闊值C且小于等于闊值D時(shí)，則屬于一夫多妻制類，花費(fèi)大于闊值D時(shí)，則屬于多夫多妻 制類；
[00巧]其中 A〉B，D〉C〉A(chǔ);
[0016] S4.計(jì)算屬于多夫多妻制類的可行路徑的數(shù)目為E，并重新隨機(jī)生成a E個(gè)新可行 路徑，〇< a <1，替代屬于多夫多妻制類的a E個(gè)可行路徑；
[0017] S5.對(duì)各條可行路徑按照其所屬鳥(niǎo)類物種進(jìn)化方式進(jìn)行繁殖重構(gòu)，完成繁殖重構(gòu) 后，比較父代個(gè)體與子代個(gè)體的路徑長(zhǎng)度，保留花費(fèi)少的可行路徑；
[0018] S6.重復(fù)步驟S3到S5直到到達(dá)設(shè)定的迭代次數(shù)闊值，獲取若干條可行路徑；
[0019] S7.對(duì)步驟S6獲取的可行路徑中選取花費(fèi)最少的路徑作為優(yōu)選路徑。
[0020] 優(yōu)選的，所述步驟S5中所述的各條可行路徑按照其所屬鳥(niǎo)類物種進(jìn)化方式進(jìn)行 繁殖重構(gòu)的具體方式如下：
[0021] 當(dāng)可行路徑屬于單性生殖類時(shí)，其繁殖重構(gòu)方式為：
[00巧 101)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)節(jié)點(diǎn)變異概率啤，當(dāng)啤大于節(jié)點(diǎn)變異概率闊值時(shí)，則 該節(jié)點(diǎn)發(fā)生變異，兩個(gè)變異節(jié)點(diǎn)間的基因片段為待變異基因片段；
[002引 10。為每個(gè)待變異基因片段生成一個(gè)基因變異概率rpvj，當(dāng)rpvj大于基因片段變 異概率闊值時(shí)，該基因片段發(fā)生變異，根據(jù)該段基因的首尾節(jié)點(diǎn)重新生成一條可行路徑替 換掉對(duì)應(yīng)的待變異基因片段；
[0024] 當(dāng)可行路徑屬于單配制類時(shí)，則與屬于單性生殖類或一妻多夫制類的可行路徑進(jìn) 行繁殖重構(gòu)獲取子代個(gè)體，其具體方式為：
[0025] 201)捜索兩條可行路徑間相同的節(jié)點(diǎn)，并W首尾節(jié)點(diǎn)相同的部分路段集作為待交 換基因片段；
[0026] 202)當(dāng)待交換基因片段交換概率rpCj.大于交換闊值時(shí)，則基因片段交換；
[0027] 當(dāng)可行路徑屬于一夫多妻制類時(shí)，則與雌性類的可行路徑進(jìn)行繁殖重構(gòu)獲取子代 個(gè)體，其具體方式為；
[002引 301)捜索屬于雄性類可行路徑與其他所有屬于雌性類可行路徑相同的基因片 段；
[0029] 302)將闊值大于基因交換概率的基因片段找出，再使用變異概率最大的等位基因 片段進(jìn)行交換；
[0030] 當(dāng)可行路徑屬于一妻多夫制類時(shí)，則與屬于雄性類的可行路徑進(jìn)行繁殖重構(gòu)獲取 子代個(gè)體，其具體方式為：
[0031] 401)捜索屬于雌性類可行路徑與其他所有屬于雄性類可行路徑相同的基因片 段；
[0032] 402)將闊值大于基因交換概率的基因片段找出，再使用變異概率最大的等位基因 片段進(jìn)行交換；
[0033] 當(dāng)可行路徑屬于多夫多妻制類時(shí)，則與屬于雌性類的可行路徑進(jìn)行繁殖重構(gòu)獲取 子代個(gè)體，其具體方式為：
[0034] 501)捜索所有屬于雌性類可行路徑與其他所有屬于雄性類可行路徑相同的基因 片段；
[0035] 502)將闊值大于基因交換概率的基因片段找出，再使用變異概率最大的等位基因 片段進(jìn)行交換。
[0036] 優(yōu)選的，所述確定的適應(yīng)性函數(shù)為路徑長(zhǎng)度、時(shí)間、延誤、費(fèi)用或排放，
[0037] 當(dāng)適應(yīng)性函數(shù)為路徑長(zhǎng)度時(shí)，即根據(jù)路徑的長(zhǎng)短對(duì)可行路徑進(jìn)行分類，路徑長(zhǎng)則 花費(fèi)多，路徑短則花費(fèi)少；
[003引當(dāng)適應(yīng)性函數(shù)為時(shí)間時(shí)，即根據(jù)經(jīng)過(guò)可行路徑時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)可行路徑進(jìn)行分類， 時(shí)間長(zhǎng)則花費(fèi)多，時(shí)間短則花費(fèi)少；
[0039] 當(dāng)適應(yīng)性函數(shù)為延誤時(shí)，即根據(jù)經(jīng)過(guò)可行路徑延誤的時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)可行路徑進(jìn)行分 類，延誤時(shí)間長(zhǎng)則花費(fèi)多，時(shí)間延誤短則花費(fèi)少；
[0040] 當(dāng)適應(yīng)性函數(shù)為費(fèi)用時(shí)，即根據(jù)經(jīng)過(guò)可行路徑所需費(fèi)用的多少對(duì)可行路徑進(jìn)行分 類，費(fèi)用多則花費(fèi)多，費(fèi)用少則花費(fèi)少；
[0041] 當(dāng)適應(yīng)性函數(shù)為排放時(shí)，即根據(jù)經(jīng)過(guò)可行路徑所需排放的多少對(duì)可行路徑進(jìn)行分 類，排放多則花費(fèi)多，排放少則花費(fèi)少。
[0042] 優(yōu)選的，所述可行路徑的路徑長(zhǎng)度的具體計(jì)算方式如下：
[0043]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于鳥(niǎo)類物種進(jìn)化機(jī)制的路徑優(yōu)化方法，其特征在于，包括：
51. 隨機(jī)生成若干條可行路徑，每一條路徑對(duì)應(yīng)一只鳥(niǎo)類的染色體，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)染 色體上的一個(gè)基因，基因長(zhǎng)度為路徑長(zhǎng)度，基因順序?yàn)槁窂焦?jié)點(diǎn)順序；
52. 確定經(jīng)過(guò)可行路徑所需的花費(fèi)作為適應(yīng)性函數(shù)；
53. 根據(jù)經(jīng)過(guò)每條可行路徑花費(fèi)的多少對(duì)可行路徑進(jìn)行排序，并對(duì)其進(jìn)行分類，其具體 分類方式如下： 1) 根據(jù)花費(fèi)的多少將可行路徑分為雌性類和雄性類，其中，花費(fèi)小于等于閾值A(chǔ)時(shí)，則 對(duì)應(yīng)的可行路徑屬于雌性類，否則屬于雄性類； 2) 對(duì)屬于雌性類的可行路徑進(jìn)行分類，根據(jù)花費(fèi)將其分為單性生殖類和一妻多夫制 類，其中，花費(fèi)小于等于閾值B時(shí)，則對(duì)應(yīng)的可行路徑屬于單性生殖類，否則屬于一妻多夫 制類； 對(duì)屬于雄性類的可行路徑進(jìn)行分類，根據(jù)花費(fèi)將其分為單配制類、一夫多妻制類和多 夫多妻制類，其中，花費(fèi)小于等于閾值C時(shí)，則對(duì)應(yīng)的可行路徑屬于單配制類，花費(fèi)大于閾 值C且小于等于閾值D時(shí)，則屬于一夫多妻制類，花費(fèi)大于閾值D時(shí)，則屬于多夫多妻制類； 其中A>B，D>C>A;
54. 計(jì)算屬于多夫多妻制類的可行路徑的數(shù)目為E，并重新隨機(jī)生成aE個(gè)新可行路 徑，0〈a〈1，替代屬于多夫多妻制類的aE個(gè)可行路徑；
55. 對(duì)各條可行路徑按照其所屬鳥(niǎo)類物種進(jìn)化方式進(jìn)行繁殖重構(gòu)，完成繁殖重構(gòu)后，比 較父代個(gè)體與子代個(gè)體的路徑長(zhǎng)度，保留花費(fèi)少的可行路徑；
56. 重復(fù)步驟S3到S5直到到達(dá)設(shè)定的迭代次數(shù)閾值，獲取若干條可行路徑；
57. 對(duì)步驟S6獲取的可行路徑中選取花費(fèi)最少的路徑作為優(yōu)選路徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鳥(niǎo)類物種進(jìn)化機(jī)制的路徑優(yōu)化方法，其特征在于，所述 步驟S5中所述的各條可行路徑按照其所屬鳥(niǎo)類物種進(jìn)化方式進(jìn)行繁殖重構(gòu)的具體方式如 下： 當(dāng)可行路徑屬于單性生殖類時(shí)，其繁殖重構(gòu)方式為： 101) 為每個(gè)節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)節(jié)點(diǎn)變異概率rnp當(dāng)；Tni大于節(jié)點(diǎn)變異概率閾值時(shí)，則該節(jié) 點(diǎn)發(fā)生變異，兩個(gè)變異節(jié)點(diǎn)間的基因片段為待變異基因片段； 102) 為每個(gè)待變異基因片段生成一個(gè)基因變異概率rp\，當(dāng)大于基因片段變異概 率閾值時(shí)，該基因片段發(fā)生變異，根據(jù)該段基因的首尾節(jié)點(diǎn)重新生成一條可行路徑替換掉 對(duì)應(yīng)的待變異基因片段； 當(dāng)可行路徑屬于單配制類時(shí)，則與屬于單性生殖類或一妻多夫制類的可行路徑進(jìn)行繁 殖重構(gòu)獲取子代個(gè)體，其具體方式為： 201) 搜索兩條可行路徑間相同的節(jié)點(diǎn)，并以首尾節(jié)點(diǎn)相同的部分路段集作為待交換基 因片段； 202) 當(dāng)待交換基因片段交換概率rph大于交換閾值時(shí)，則基因片段交換； 當(dāng)可行路徑屬于一夫多妻制類時(shí)，則與雌性類的可行路徑進(jìn)行繁殖重構(gòu)獲取子代個(gè) 體，其具體方式為： 301) 搜索屬于雄性類可行路徑與其他所有屬于雌性類可行路徑相同的基因片段； 302) 將閾值大于基因交換概率的基因片段找出，再使用變異概率最大的等位基因片段 進(jìn)行交換； 當(dāng)可行路徑屬于一妻多夫制類時(shí)，則與屬于雄性類的可行路徑進(jìn)行繁殖重構(gòu)獲取子代 個(gè)體，其具體方式為： 401) 搜索屬于雌性類可行路徑與其他所有屬于雄性類可行路徑相同的基因片段； 402) 將閾值大于基因交換概率的基因片段找出，再使用變異概率最大的等位基因片段 進(jìn)行交換； 當(dāng)可行路徑屬于多夫多妻制類時(shí)，則與屬于雌性類的可行路徑進(jìn)行繁殖重構(gòu)獲取子代 個(gè)體，其具體方式為： 501) 搜索所有屬于雌性類可行路徑與其他所有屬于雄性類可行路徑相同的基因片 段； 502) 將閾值大于基因交換概率的基因片段找出，再使用變異概率最大的等位基因片段 進(jìn)行交換。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于鳥(niǎo)類物種進(jìn)化機(jī)制的路徑優(yōu)化方法，其特征在于，所 述確定的適應(yīng)性函數(shù)為路徑長(zhǎng)度、時(shí)間、延誤、費(fèi)用或排放， 當(dāng)適應(yīng)性函數(shù)為路徑長(zhǎng)度時(shí)，即根據(jù)路徑的長(zhǎng)短對(duì)可行路徑進(jìn)行分類，路徑長(zhǎng)則花費(fèi) 多，路徑短則花費(fèi)少； 當(dāng)適應(yīng)性函數(shù)為時(shí)間時(shí)，即根據(jù)經(jīng)過(guò)可行路徑時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)可行路徑進(jìn)行分類，時(shí)間 長(zhǎng)則花費(fèi)多，時(shí)間短則花費(fèi)少； 當(dāng)適應(yīng)性函數(shù)為延誤時(shí)，即根據(jù)經(jīng)過(guò)可行路徑延誤的時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)可行路徑進(jìn)行分類， 延誤時(shí)間長(zhǎng)則花費(fèi)多，時(shí)間延誤短則花費(fèi)少； 當(dāng)適應(yīng)性函數(shù)為費(fèi)用時(shí)，即根據(jù)經(jīng)過(guò)可行路徑所需費(fèi)用的多少對(duì)可行路徑進(jìn)行分類， 費(fèi)用多則花費(fèi)多，費(fèi)用少則花費(fèi)少； 當(dāng)適應(yīng)性函數(shù)為排放時(shí)，即根據(jù)經(jīng)過(guò)可行路徑所需排放的多少對(duì)可行路徑進(jìn)行分類， 排放多則花費(fèi)多，排放少則花費(fèi)少。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于鳥(niǎo)類物種進(jìn)化機(jī)制的路徑優(yōu)化方法，其特征在于，所述 可行路徑的路徑長(zhǎng)度的具體計(jì)算方式如下：
Cij為節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j間的價(jià)值系數(shù)，S、D分別表示目標(biāo)路徑的首、尾節(jié)點(diǎn)；Iu表示節(jié) 點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j間路段是否屬于目標(biāo)路徑，
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鳥(niǎo)類物種進(jìn)化機(jī)制的路徑優(yōu)化方法，其特征在于，在步 驟S6獲取若干條可行路徑后，還對(duì)其中重復(fù)路段進(jìn)行消除，即將重復(fù)節(jié)點(diǎn)中路段去掉。
【文檔編號(hào)】G06Q10/04GK104504477SQ201410849285
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】何兆成, 周亞強(qiáng) 申請(qǐng)人:中山大學(xué)