一种基于复杂网络的关联物品储位优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于复杂网络的关联物品储位优化方法，主要包括以下步骤：1)以仓储物品为网络节点，两两物品的共同取用频率为边，构建加权物品关联网络；2)综合考虑物品节点的接近中心性及其邻居节点对其的重要度贡献值，对物品节点的重要性进行排序，确定社团初始节点；3)以各货架容量为社团体量限制，以加权模块度、依赖度为扩张准则，确定物品关联网络的社团结构；4)对于社团边缘节点，依据其与其他社团关联关系的强弱，判断其是否为重叠节点；5)综合考虑物品关联网络的社团结构和物品自身的取用频率，确定各物品的最佳储位。本发明专利技术首次将复杂网络理论应用到关联物品取用的储位分配问题，减少了物品取用的综合路程及时间，提高了物品取用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复杂网络的关联物品储位优化方法
本专利技术涉及一种基于复杂网络的关联物品储位优化方法，尤其涉及一种基于复杂网络理论进行仓储物品的关联性分析并据此进一步分配物品储位的优化方法。
技术介绍
随着我国经济的高速发展，货架式仓储系统已逐步替代陈旧落后的平面仓库，而储位分配问题是影响货架式仓储系统出货效率的关键问题；此外，由于物品取用过程往往同时包含两种或多种物品，物品取用存在一定关联性，若能根据关联性优化分配关联物品的储位，将会大大提高物品取用效率。常见储位分配策略有定位存储策略、随机存储策略、分类存储策略、近出口存储策略、基于周转率的存储策略、基于关联性的存储策略等等。但现有技术大多难以描述多个物品间错综复杂的存取关联性，储位分配策略也未能很好地与仓库实际布局特点结合起来。因此，有必要设计出一种从全局角度考虑物品关联性及取用频率的储位分配方法，以满足高效仓库管理的需要。
技术实现思路
为克服已有技术的不足，本专利技术提供一种基于复杂网络的关联物品储位优化方法，该方法是基于复杂网络进行物品关联网络构建与分析，以描述多个物品间错综复杂的关联性，并基于物品关联网络提出关联物品的储位优化方法。本专利技术的优化方法主要内容包括：1)以各仓储物品为网络节点，两两物品共同取用频率为边，构建加权物品关联网络；2)综合考虑物品节点的接近中心性及其邻居节点对其的重要度贡献值，对物品节点的重要性进行排序，确定核心节点，即社团扩张起点；3)以各货架容量为社团体量限制，加权模块度、依赖度为扩张准则，确定物品关联网络的社团结构；4)对于社团边缘节点，依据其与其他社团关联关系的强弱，判断其是否为重叠节点；5)综合考虑物品关联网络的社团结构、物品自身的取用频率，确定各物品的储位归属。具体步骤描述如下：(1)以仓储物品为网络节点，两两物品共同取用频率为边，构建加权物品关联网络G＝(V,E,W)，其中V是节点集合，即仓库内需要存放的物品集合；E是各边eij的集合(其中：i,j∈V，eij∈E)，即物品间的强弱关联集合；W是权重矩阵，wij对应eij的权重，其数值等于物品i,j同时取用的频率，反映了物品节点之间关联关系的强弱。若存在独立节点，则将其从上述关联网络中删除。(2)社团是复杂网络中一组内部联系非常紧密而与其他节点联系较为稀疏的节点集合。针对物品关联网络核心节点选择、社团结构初始化等问题，本专利技术综合考虑了节点接近中心性、邻居节点重要度贡献值两个因素来确定关联网络的核心节点，即社团扩张种子节点。具体流程包括：(i)确定节点强度、两两节点间的最短路径加权物品关联网络中，节点i的强度si等于与它相连的边的权重之和：其中，Ni表示节点i的邻居节点集合，即与节点i有关联的所有节点集合。加权网络中任意两个节点间的最短路径是最容易受到影响的一条支路。即：其中，hn为每一条i,j支路上的中途节点，M为一个大数，一般取maxwij+1。(ii)根据最短路径计算节点接近中心性各节点的接近中心性等于节点到其他所有节点最短路径之和的倒数再乘以其他节点个数，即：其中，n为网络总节点数。(iii)在接近中心性的基础上，根据物品节点的接近中心性及其邻居节点对其的重要度贡献值，对物品节点的重要性进行排序对于一个节点数为n，平均强度为<s>的一个物品关联加权网络，节点i将会把自身重要度的贡献给其邻居节点j，若节点j与节点i相连的边权越大或节点i的强度越大，则节点i对节点j的重要度贡献越大。综合考虑节点的接近中心性及其所有邻居节点对其的重要度贡献值，可得到节点重要度Ci(i)：其中，δij表示两节点间的连通情况，连通则取1，否则为0。然后根据仓库内货架总数、货架容量、物品关联网络节点数确定社团体量和社团数，最后根据社团数和物品节点重要度，确定核心节点，即社团扩张起点。使用者可根据仓库具体布局情况设定社团体量和社团数，如总共有n个货架，则可以将社团数设为n，或根据货架容量，确定社团体量，具体可以根据需要进行自行设定；之后按照节点重要度排序及社团数确定核心节点组成，比如：若货架数为n，社团数确定为n，核心节点即为重要度排名前n的节点；(3)针对物品关联网络的社团结构确定，本专利技术采用加权模块度和加权依赖度作为社团扩张准则。具体来说，首先将各个核心节点的邻居节点加入各个社团扩张的备选节点集，计算备选节点集中各节点加入对应社团的模块度增量ΔQw：其中，w表示加权网络中边的总权重值，表示社团内部边权重之和，表示连接点i和社团Cj内部节点的所有边权重之和，表示与社团内部节点有关联的所有边权重之和。然后从备选节点集中选取增量最大的节点加入社团，若该节点已加入其它社团，则比较该节点分属于两个社团时的模块度变化情况，若节点加入新社团导致的模块度增量大于将节点保留在原社团的模块度增量，则将其从原社团删除并加入新社团。迭代此过程，直至社团结构不再改变且符合要求或ΔQw均小于0。若此时仍存在独立节点，则计算该节点对其邻居社团C的依赖度Di,C'，按依赖度排序选择仍未达到社团体量的邻居社团加入。(4)针对物品网络中可能出现的社团重叠情况，本专利技术采用对比加权模块度增量的方式确定重叠节点组成。具体而言，首先将处在社团边缘且与其他社团有连接关系的节点加入潜在重叠节点集合U，计算各潜在重叠节点加入其他社团的模块度增量然后计算将节点保留在原社团的模块度增量并将其与进行对比，若二者差值小于则认为该潜在重叠节点与其他社团存在重叠性。最后分析两两社团间真正具备重叠性的节点数，通过将该数除以两社团节点数之和，确定社团间的重叠度。(5)确定了物品网络的社团结构后，本专利技术提出综合考虑物品关联网络社团结构和物品自身取用频率的储位分配策略。具体而言，本步骤的核心是根据仓库布局和步骤(4)划分出的社团结构制定与仓库现状匹配的储位分配策略。以图2所示的双区单通道型仓库为例，首先对步骤(4)划分出的各个社团进行取用频率排序，按社团排名逐个分配至各个巷道；若分配一个社团后巷道内还有空闲货架，则考虑各个社团间的重叠度，将与上述社团重叠度高于10％的高重叠性社团放置在同巷道内的其他货架上；若高重叠性社团数大于剩余货架数，则按社团取用频率决定剩余货架归属于哪个高重叠性社团；若无重叠度高于10％的高重叠性社团，则按照各社团取用频率分配剩余货架；然后对货架内储位进行分配。由于此种布局下跨巷道拿取均需通过巷道入口，因此无论重叠物品的重叠社团位于哪个巷道，仅需将该物品在原社团内放置得离巷道入口更近，就能减少重叠社团与该物品间的距离。因此本专利技术采用评价函数Si决定物品在社团内的储位安排：其中，COIi代表物品i的取用频率；代表该社团内物品的最大取用频率；表示重叠物品i与重叠社团Cjn相连边权重之和；当i的重叠社团不止一个，为JN个时，即表示重叠物品i与其所属的所有外部重叠社团相连边权重之和；则表示重叠物品i与其真实所属社团C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于复杂网络的关联物品储位优化方法，该方法包括如下步骤：/n步骤1：以仓储物品为网络节点，两两物品共同取用频率为边，构建加权物品关联网络G＝(V,E,W)，其中V是节点集合，即仓库内需要存放的物品集合；E是边e

【技术特征摘要】
1.一种基于复杂网络的关联物品储位优化方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：以仓储物品为网络节点，两两物品共同取用频率为边，构建加权物品关联网络G＝(V,E,W)，其中V是节点集合，即仓库内需要存放的物品集合；E是边eij的集合，其中：i,j∈V，eij∈E，即物品间的强弱关联集合；W是权重矩阵，wij对应eij的权重，其数值等于物品i,j同时取用的频率，反映物品节点之间关联关系的强弱，若存在独立节点，则将其从上述关联网络中删除；
步骤2：综合考虑物品节点的接近中心性Cc(i)及其邻居节点对其的重要度贡献值其中si为节点i的强度，<s>为所有节点的平均强度，对物品节点i的重要性Ci(i)进行排序，确定核心节点，作为社团扩张起点；
步骤3：以各货架容量为社团体量限制，以加权模块度Qw、加权依赖度Di,C'为扩张准则，确定物品关联网络的社团结构；
步骤4：对于社团边缘节点，依据其与其他社团关联关系的强弱，判断其是否为重叠节点；
步骤5：综合考虑物品关联网络的社团结构和物品自身的取用频率，确定各物品的储位归属。


2.根据权利要求1所述的一种基于复杂网络的关联物品储位优化方法，其特征在于，步骤2具体为：
(a)分析加权物品关联网络基本结构，计算各物品节点的接近中心性
在加权物品关联网络中，节点i的强度si等于与它相连的边的权重之和：



其中，Ni表示节点i的邻居节点集合，即与节点i有关联的所有节点集合；
加权网络中任意两个节点间的最短路径是最容易受到影响的一条支路，即：



其中，hn为每一条i,j支路上的中途节点，M为一个大数；
此时，各节点的接近中心性等于节点到其他所有节点最短路径之和的倒数再乘以其他节点个数，即：



其中，n为网络总节点数；
(b)根据物品节点的接近中心性及其邻居节点对其的重要度贡献值，对物品节点的重要性进行排序
对于一个节点数为n，平均强度为<s>的一个物品关联加权网络，节点i将会把自身重要度的贡献给其邻居节点j，若节点j与节点i相连的边权越大或节点i的强度越大，则节点i对节点j的重要度贡献越大；综合考虑节点的接近中心性及其所有邻居节点对其的重要度贡献值，得到节点重要度Ci(i)：



其中，δij表示两节点间的连通情况，连通则取1，否则为0；
(c)社团是复杂网络中一组内部联系非常紧密而与其他节点联系较为稀疏的节点集合；本步骤将首先根据仓库内货架总数、货架容量、物品关联网络节点数确定社团体量和社团数，然后根据社团数以及物品节点重要度排序，确定核心节点与社团扩张起点组成。


3.根据权利要求1所述的一种基于复杂网络的关联物品储位优化方法，其特征在于，步骤3具体为：
(a)将各个核心节点的邻居节点加入各个社团扩张的备选节点集，计算备选节点集中各节点加...

【专利技术属性】
技术研发人员：方水良，王思扬，方强，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33