一种并行均衡的多路线规划方法技术

本发明专利技术涉及一种并行均衡的多路线规划方法，通过引入任务均分的概念，加入集合容量限制，在划分集合的同时，考虑到为每个旅行商访问节点进行合理分配，使得分配后的集合中节点个数较为均匀，同时考虑到节点分配的均衡性，保证了总体访问效率；而且通过引入切比雪夫映射，对粒子进行初始化操作，提高初始解的分布质量和种群的多样性，合理控制搜索范围和规模，增强算法的全局搜索能力，并引入C2Opt算子进行局部调整优化，增强算法的收敛速度，能够有效提高多出发点多旅行商问题的求解精度和收敛速度，缩短多个旅行商访问的总路线长度和访问时间，实现每个旅行商都能够快速访问多个节点并回到起始节点，找到访问节点的最短路径，使算法性能得到保证。

A parallel and balanced multiple route planning method

The present invention relates to a parallel and balanced multi-route planning method. By introducing the concept of task sharing and adding a set capacity limitation, the set is divided and the number of nodes in the allocated set is more uniform considering the reasonable allocation of each traveling salesman's access node while the set is divided. Moreover, by introducing Chebyshev mapping to initialize the particles, the distribution quality of the initial solution and the diversity of the population are improved, the searching range and scale are reasonably controlled, and the global searching ability of the algorithm is enhanced. The convergence speed can effectively improve the solution accuracy and convergence speed of multi-point and multi-traveling salesman problem, shorten the total route length and access time of multi-traveling salesman, realize that each traveling salesman can quickly access multiple nodes and return to the starting node, find the shortest path to access nodes, and ensure the algorithm performance. Certificate.

【技术实现步骤摘要】
一种并行均衡的多路线规划方法
本专利技术涉及一种并行均衡的多路线规划方法，属于信息

技术介绍
旅行商问题(TravelingSalesmanProblem，TSP)是典型的组合优化问题，已被证明属于NP-hard问题。TSP问题是指：有N个城市，要求旅行商到达每个城市且仅有一次，并回到起点，使得总路线最短，它在许多领域都有着相当广泛的应用，而一些复杂的实际应用问题不能归纳为TSP问题，其中涉及到多个任务的分配与优化，问题就演变为多旅行商问题(MultipleTravelingSalesmanProblem，MTSP)。MTSP问题是指：有N个城市，要求m个旅行商各自从一个城市出发，每个旅行商访问其中一定数量的城市，最后回到其出发城市，要求每个城市有且仅有一次被一位旅行商访问，使得多个旅行商访问的总路线长度最短。MTSP的应用性十分广泛，包括：应急车辆调度、配送车辆分派、管道铺设路线选择、通讯网络拓扑设计、快递配送路线规划、工业流程生产调度等，都可以抽象为MTSP问题。由于MTSP的复杂度更高，求解难度也更大，且目前对于MTSP问题的研究也相对较少。因此，社会发展的需求导致MTSP问题逐渐成为新的研究热点。对于多旅行商问题(MultipleTravelingSalesmanProblem，MTSP)，目前主要存在以下几个难点：(1)对于旅行商访问节点的合理分配问题，不合理的节点分配，直接导致旅行商访问结果的差异化较大，影响总体访问效率。因此，需要对每个旅行商的访问任务进行均衡合理分配。(2)多旅行商问题的复杂度高于传统旅行商问题，其求解难度也更大，需要找到一种可靠稳定的算法，能够在保证求解效率的同时，提升求解的质量。(3)随着多旅行商问题规模的扩大，其计算复杂度呈指数级增加，需要合理控制搜索范围和规模，在保证收敛速度的同时，增强算法的全局搜索能力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够有效提高求解效率，缩短多个旅行商访问总路线长度，使每个旅行商的访问任务得到合理分配的并行均衡的多路线规划方法，。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种并行均衡的多路线规划方法，基于各个旅行商，实现多目标位置节点的集合划分，以及各集合中目标位置节点的路径规划；其中，多目标位置节点的数量大于旅行商的数量，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.初始化目标位置节点集合V＝{vn|n＝1,…,N}，N表示目标位置节点的数量；以及初始化各个旅行商分别一一对应的c1、…、cm、…、cM各访问集合，并针对各个访问集合cm，定义访问集合上限容量为M表示旅行商的数量，然后进入步骤B；步骤B.定义m＝1，由目标位置节点集合V中随机选择一个目标位置节点，作为cm访问集合的集合中心，并在目标位置节点集合V中删除该目标位置节点，然后进入步骤C；步骤C.判断m+1是否大于M，是则即针对所有访问集合，获得各个访问集合cm的集合中心，并进入步骤F；否则进入步骤D；步骤D.分别针对目标位置节点集合V中的各个目标位置节点，获得目标位置节点分别到各个具有集合中心的访问集合的欧几里得距离dnm，并获得其中的最短欧几里得距离，作为该目标位置节点所对应的最短欧几里得距离，进而获得目标位置节点集合V中各目标位置节点所对应最短欧几里得距离之和Sum，然后进入步骤E；步骤E.在0至Sum范围中任取一个整数值Ram，并按目标位置节点集合V中各目标位置节点的标号顺序，以及各个具有集合中心的访问集合的标号顺序，依次遍历目标位置节点集合V中各目标位置节点分别对应各具有集合中心的访问集合的欧几里得距离dnm，若Ram-dnm的值小于或等于0，则直接将该dnm所对应的目标位置节点，作为cm+1访问集合的集合中心，并停止遍历，以及在目标位置节点集合V中删除该目标位置节点，然后针对m的值进行加1更新，并返回步骤C；步骤F.获得目标位置节点集合V中各个目标位置节点分别到各个访问集合cm的集合中心的欧几里得距离，并进入步骤G；步骤G.以单次循环方式，依次针对各个访问集合，基于访问集合中已存在目标位置节点的数量，以及访问集合上限容量为b，将距离该访问集合cm的集合中心、最小欧几里得距离所对应的一个目标位置节点，加入至该访问集合cm当中，并在目标位置节点集合V中删除该目标位置节点；如此依次进行各个单次循环，直至目标位置节点集合V为空集；即完成目标位置节点集合V中所有目标位置节点，向各个访问集合的分配，然后进入步骤H；步骤H.基于各个访问集合cm分别所包含的目标位置节点，分别获得各个访问集合cm中的新集合中心，然后判断是否存在原集合中心与新集合中心彼此不一致的访问集合，是则进入步骤I；否则进入步骤J；步骤I.分别针对各个访问集合cm，首先采用新集合中心替换原集合中心，接着将访问集合中除集合中心以外的全部目标位置节点，加入至目标位置节点集合V当中，并删除该访问集合中除集合中心以外的全部目标位置节点，进而更新所有访问集合，然后返回步骤F；步骤J.计算获得各个访问集合cm分别所对应的全局最优路线访问顺序，最后由各个旅行商分别针对其所对应的访问集合，按访问集合所对应的全局最优路线访问顺序，针对访问集合中各个目标位置节点依次进行访问。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤D中，分别针对目标位置节点集合V中的各个目标位置节点，按如下公式：获得目标位置节点分别到各个具有集合中心的访问集合的欧几里得距离dnm，其中，表示第m个访问集合的集合中心，dnm表示目标位置节点集合V中第n个目标位置节点与第m个访问集合的集合中心之间的欧几里得距离。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤G包括如下步骤：步骤G1.判断目标位置节点集合V是否为空集，是则即完成目标位置节点集合V中所有目标位置节点，向各个访问集合的分配，然后进入步骤H；否则进入步骤G2；步骤G2.定义m＝1，并进入步骤G3；步骤G3.判断访问集合cm中已存在目标位置节点的数量，是否等于访问集合上限容量为b，是则进入步骤G4；否则将距离访问集合cm、最小欧几里得距离所对应的一个目标位置节点，加入至访问集合cm当中，并在目标位置节点集合V中删除该目标位置节点，然后进入步骤G4；步骤G4.判断m是否等于M，是则返回步骤G1；否则针对m的值进行加1更新，并返回步骤G3。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤H中，基于各个访问集合cm分别所包含的目标位置节点，按如下公式：分别获得各个访问集合cm中的新集合中心，其中，表示属于第m个访问集合的第n个目标位置节点的横坐标，表示属于第m个访问集合的第n个目标位置节点的纵坐标，表示第m个访问集合的集合中心的横坐标，表示第m个访问集合的集合中心的纵坐标，表示第m个访问集合中目标位置节点的个数。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述步骤J中，分别针对各个访问集合cm，可并行执行如下步骤J1至步骤J7，分别获得各个访问集合cm分别所对应的全局最优路线访问顺序，最后由各个旅行商分别针对其所对应的访问集合，按访问集合所对应的全局最优路线访问顺序，针对访问集合中各个目标位置节点依次进行访问；步骤J1.初始化参数，设置粒子为xi,i＝1,2,…,I，访问集合cm中目标位置节点的个数为粒子个体的感知范围吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种并行均衡的多路线规划方法，基于各个旅行商，实现多目标位置节点的集合划分，以及各集合中目标位置节点的路径规划；其中，多目标位置节点的数量大于旅行商的数量，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.初始化目标位置节点集合V＝{vn|n＝1,…,N}，N表示目标位置节点的数量；以及初始化各个旅行商分别一一对应的c1、…、cm、…、cM各访问集合，并针对各个访问集合cm，定义访问集合上限容量为

【技术特征摘要】
1.一种并行均衡的多路线规划方法，基于各个旅行商，实现多目标位置节点的集合划分，以及各集合中目标位置节点的路径规划；其中，多目标位置节点的数量大于旅行商的数量，其特征在于，包括如下步骤：步骤A.初始化目标位置节点集合V＝{vn|n＝1,…,N}，N表示目标位置节点的数量；以及初始化各个旅行商分别一一对应的c1、…、cm、…、cM各访问集合，并针对各个访问集合cm，定义访问集合上限容量为M表示旅行商的数量，然后进入步骤B；步骤B.定义m＝1，由目标位置节点集合V中随机选择一个目标位置节点，作为cm访问集合的集合中心，并在目标位置节点集合V中删除该目标位置节点，然后进入步骤C；步骤C.判断m+1是否大于M，是则即针对所有访问集合，获得各个访问集合cm的集合中心，并进入步骤F；否则进入步骤D；步骤D.分别针对目标位置节点集合V中的各个目标位置节点，获得目标位置节点分别到各个具有集合中心的访问集合的欧几里得距离dnm，并获得其中的最短欧几里得距离，作为该目标位置节点所对应的最短欧几里得距离，进而获得目标位置节点集合V中各目标位置节点所对应最短欧几里得距离之和Sum，然后进入步骤E；步骤E.在0至Sum范围中任取一个整数值Ram，并按目标位置节点集合V中各目标位置节点的标号顺序，以及各个具有集合中心的访问集合的标号顺序，依次遍历目标位置节点集合V中各目标位置节点分别对应各具有集合中心的访问集合的欧几里得距离dnm，若Ram-dnm的值小于或等于0，则直接将该dnm所对应的目标位置节点，作为cm+1访问集合的集合中心，并停止遍历，以及在目标位置节点集合V中删除该目标位置节点，然后针对m的值进行加1更新，并返回步骤C；步骤F.获得目标位置节点集合V中各个目标位置节点分别到各个访问集合cm的集合中心的欧几里得距离，并进入步骤G；步骤G.以单次循环方式，依次针对各个访问集合，基于访问集合中已存在目标位置节点的数量，以及访问集合上限容量为b，将距离该访问集合cm的集合中心、最小欧几里得距离所对应的一个目标位置节点，加入至该访问集合cm当中，并在目标位置节点集合V中删除该目标位置节点；如此依次进行各个单次循环，直至目标位置节点集合V为空集；即完成目标位置节点集合V中所有目标位置节点，向各个访问集合的分配，然后进入步骤H；步骤H.基于各个访问集合cm分别所包含的目标位置节点，分别获得各个访问集合cm中的新集合中心，然后判断是否存在原集合中心与新集合中心彼此不一致的访问集合，是则进入步骤I；否则进入步骤J；步骤I.分别针对各个访问集合cm，首先采用新集合中心替换原集合中心，接着将访问集合中除集合中心以外的全部目标位置节点，加入至目标位置节点集合V当中，并删除该访问集合中除集合中心以外的全部目标位置节点，进而更新所有访问集合，然后返回步骤F；步骤J.计算获得各个访问集合cm分别所对应的全局最优路线访问顺序，最后由各个旅行商分别针对其所对应的访问集合，按访问集合所对应的全局最优路线访问顺序，针对访问集合中各个目标位置节点依次进行访问。2.根据权利要求1所述一种并行均衡的多路线规划方法，其特征在于：所述步骤D中，分别针对目标位置节点集合V中的各个目标位置节点，按如下公式：获得目标位置节点分别到各个具有集合中心的访问集合的欧几里得距离dnm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐小龙，张雷，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32