一种应用于圆形布局的蚁群定序定位方法技术

本发明专利技术提出了一种应用于圆形布局的蚁群定序定位方法，其步骤如下：将确定圆形物体放置顺序的定序过程抽象成图论中的最优路径问题，根据格局得到定序图；将确定圆形物体放置位置的定位过程抽象成位置选择问题；初始化参数；根据定序图中的启发信息，蚂蚁从待置圆集合中确定将要放置的圆形物体；根据刺激‑响应原则，蚂蚁从多个可行位置中选择一个放置圆形物体；更新当前格局和待置圆集合；蚂蚁完成一次搜索；将所有蚂蚁进行一次搜索，更新定序图中的启发信息；更新容器半径，直到满足停止条件；输出最终布局结果。本发明专利技术能适应不同的布局环境，维持搜索格局的多样性；且能减小搜索空间，提高搜索速度，并确保所得布局中圆形物体之间互不重叠。

An ant colony location method for circular layout

【技术实现步骤摘要】
一种应用于圆形布局的蚁群定序定位方法
本专利技术涉及布局设计的
，尤其涉及一种应用于圆形布局的蚁群定序定位方法。
技术介绍
圆形布局问题研究如何将一组半径任意给定的圆形物体互不重叠地放入一个半径尽可能小的圆形容器内，从而使得容器的空间利用率尽可能高。圆形布局问题是一个经典的NP难度问题，具有重要的理论价值。同时，圆形布局问题与背包问题、cutting问题以及loading问题等非常类似，具有广阔的工程背景，相关应用涉及板材加工、航空航天、轮船运输等多个行业。对圆形布局问题的求解能极大地节约资源，降低成本。圆形布局问题的理论意义和现实需求引起了人们的广泛关注，传统的求解方法以连续优化法为主。连续优化法首先将所有圆形物体强行放入容器中，然后不断优化调整各圆形物体的位置，直到所有圆形物体都互不重叠，进而找到布局解。连续优化法的主要特点是允许圆形物体之间互相重叠，并旨在消除重叠，这使得这类方法存在搜索空间大、搜索时间长、所得布局解不能严格保证圆形物体之间互不重叠等问题。
技术实现思路
针对传统连续优化法求解复杂度高，搜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于圆形布局的蚁群定序定位方法，其特征在于，其步骤如下：/n步骤一、将确定圆形物体放置顺序的定序过程抽象成图论中的最优路径问题，根据格局得到定序图；/n步骤二、将确定圆形物体放置位置的定位过程抽象成位置选择问题；/n步骤三、初始化参数：初始化待置圆形物体及容器参数、蚁群算法中蚂蚁的定序参数和定位参数；/n步骤四、根据定序图中的启发信息，蚂蚁从待置圆集合中确定将要放置的圆形物体；/n步骤五、根据刺激-响应原则，蚂蚁从多个可行位置中选择一个恰当的位置放置圆形物体；/n步骤六、更新当前格局和待置圆集合；/n步骤七、重复步骤四和步骤五，直到所有圆形物体都放入容器或者当前格局下不存在可行位置，...

【技术特征摘要】
1.一种应用于圆形布局的蚁群定序定位方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一、将确定圆形物体放置顺序的定序过程抽象成图论中的最优路径问题，根据格局得到定序图；
步骤二、将确定圆形物体放置位置的定位过程抽象成位置选择问题；
步骤三、初始化参数：初始化待置圆形物体及容器参数、蚁群算法中蚂蚁的定序参数和定位参数；
步骤四、根据定序图中的启发信息，蚂蚁从待置圆集合中确定将要放置的圆形物体；
步骤五、根据刺激-响应原则，蚂蚁从多个可行位置中选择一个恰当的位置放置圆形物体；
步骤六、更新当前格局和待置圆集合；
步骤七、重复步骤四和步骤五，直到所有圆形物体都放入容器或者当前格局下不存在可行位置，蚂蚁完成一次搜索；
步骤八、将所有蚂蚁按照步骤四-七进行一次搜索，完成一次迭代，并更新定序图中的启发信息；
步骤九、循环步骤八，更新容器半径，直到满足停止条件；输出最终布局结果，包括容器半径、圆形物体坐标和布局结果图。


2.根据权利要求1所述的应用于圆形布局的蚁群定序定位方法，其特征在于，所述步骤一中格局的描述方法为：假定在圆形容器内已经互不重叠地置入了k个圆形物体，将容器和这k个圆形物体的位置集合称为一个格局Ck，其中k≥0；把容器的圆心置入原点，首个圆形物体置入容器边缘并与容器相切形成初始格局C1，当所有圆形物体均置入容器时，称其为合法格局；当容器外还存在圆形物体，而这些圆形物体都不能合法地置入容器时，称其为非法格局；
所述步骤一中得到定序图的方法为：假设有n个圆形物体，定序图中的顶点pi,j表示第i次放置第j个圆形物体，从而形成包含i个圆形物体的格局Ci，1≤i≤n，1≤j≤n；由于每个圆形物体均可在布局的各个阶段置入容器，因而在构造不同阶段的格局时都有n个顶点可供选择；因为已布局的圆形物体不能重复参与布局，所以定序图中某一格局下的每个顶点与后续格局下顶点之间都有n-1条边；确定圆形物体放置顺序的定序过程就是在定序图中寻找一条从格局C1到格局Cn的最优路径。


3.根据权利要求2所述的应用于圆形布局的蚁群定序定位方法，其特征在于，所述步骤二中圆形物体放置位置为圆形物体的可行位置，用圆形物体的圆心坐标描述其位置，对于当前格局C，如果将待置圆形物体cj放入容器后，使其与格局C中任一圆形物体均不重叠且至少与两个圆形物体相切，把此时圆形物体cj的圆心坐标称为其在格局C下的可行位置；待置圆形物体在当前格局下的可行位置通常不止一个，确定圆形物体放置位置的定位过程本质上就是从多个可行位置中选择一个恰当的位置来放置圆形物体，因此，把确定圆形物体放置位置的定位过程看成是一个位置选择问题。


4.根据权利要求1或3所述的应用于圆形布局的蚁群定序定位方法，其特征在于，所述步骤三中初始化待置圆形物体及容器参数为：将n个半径分别为Ri的圆形物体互不重叠地放入一个半径尽可能小的圆形容器内，且i＝1，...，n；容器半径上限容器半径下限初始容器半径R＝(Rupper+Rlower)/2，初始迭代次数cycle＝1；
所述蚂蚁的定序参数初始化为：蚂蚁的数量m＝2n；定序图中各边上的信息素上限xmax＝10/n，信息素下限xmin＝2/n，信息素挥发系数ρ＝0.85，信息启发式因子α＝0.5，期望启发式因子β＝0.8；格局Ck下连接顶点pk，i与顶点pk+1，j的边上的初始信息素xi，j(k)＝xmax，初始启发信息格局Ck下顶点pk+1，j上的启发信息zj(k)＝Rj，期望启发式因子设置蚂蚁的定位参数：局部密度-刺激比例系数ω与中心度-阈值比例系数υ的比值为ω/υ＝1.6。


5.根据权利要求4所述的应用于圆形布局的蚁群定序定位方法，其特征在于，所述步骤四中蚂蚁从待置圆集合中确定将要置入容器的圆形物体的方法为：根据概率实现轮盘赌策略，概率的计算方法为：
当置入容器中的圆形物体的个数k＝0时，蚂蚁将顶点p1，i作为起点的概率表达为：



其中，和分别表示格局C1下连接顶点p1，i与顶点p2，j的边上的信息素和启发信息，分别表示格局C1下连接顶点p1，s与顶点p2，j的边上的信息素和启发信息；
当置入容器中的圆形物体的个数k＞0时，蚂蚁由顶点pk，i转移到顶点pk+1，j的概率表达为：



其中，和分别表示格局Ck下连接顶点pk，i与顶点pk+1，j的边上的信息素和启发信息，表示格局Ck下顶点pk+1，j上的启发信息，和分别表示格局Ck下连接顶点pk，i与顶点pk+1，s的边上的信息素和启发信息，表示格局Ck下顶点pk+1，s上的启发信息；allowedk表示格局Ck下待置圆形物体的集合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王英聪，孙军伟，王延峰，张丰鹏，黄春，张勋才，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41