一种求解多品种大批量冷链物品混装的和声搜索算法的制作方法

本发明涉及冷链物流领域，具体涉及一种求解多品种大批量冷链物品混装的和声搜索算法。
背景技术：
：在物流与供应链管理的一些场景中，制定多品种大批量物品的混装方案是一个复杂的决策过程。以食品的冷链运输为例，由于一些水果会散发出乙烯或释放出强烈气味，而另一部分水果会被乙烯催熟或者能够吸收异味，这两类水果不宜被混装。此外，当冷藏车的运力有限时，不仅要考虑车厢的容量，还要考虑运输环境中的温度、湿度以及食品的货架期等因素。因此，设计一个合理的配装方案，不仅有助于提升运输效率，对降低物品的损耗率也具有重要的作用。上述场景的配装问题基于隔离存储问题，属于np完全问题(dariuszbarbucha,threeapproximationalgorithmsforsolvingthegeneralizedsegregatedstorageproblem,europeanjournalofoperationalresearch,2004,156,pp.54–72)，精确算法的时间复杂度往往是指数级别的，所以采用近似算法较为适宜。目前的很多近似算法环节复杂，可调参数多。例如，在差分进化算法和遗传算法中需要进行选择、交叉、变异等操作；在一些版本的离散萤火虫算法中，需要模拟萤火虫相互吸引的过程而对所有的可行解进行互相比较与计算，然后对目标值最优的解进行随机优化等操作。此外，很多文献假设装运工具的温度条件恒定，无法根据食品的保存温度条件进行调整。技术实现要素：本文发明提供了一种求解多品种大批量冷链物品混装的和声搜索算法。具体地，本发明提供一种求解多品种大批量冷链物品混装的和声搜索算法，包括如下步骤：步骤100，获取待输送冷链物品及使用的单温区冷藏车的各种参数；步骤200，建立不同冷链物品装配至单温区冷藏车时的混装模型,确定混装模型中每个冷链物品与单温区冷藏车的关系，然后建立优化目标函数，利用实数编码的方式建立初始和声记忆库并确定大小；步骤300，采用随机搜索算法获得初始解，再通过修补算子对解进行修补，然后加入到初始和声记忆库，重复步骤200和300，每次通过迭代方式生成新的和声，直至得到要求数量的解向量；步骤400，根据参数计算新的解，并利用步骤300的修补算子对新的解进行处理，重复该过程，直至迭代变量达到预设的最大迭代次数，得到满足条件的冷链物品混装方案。本发明能够在满足单温区冷藏车温度约束、容积约束、重量约束的条件下，采用和声搜索算法自动计算并生成以湿度差异最小化、货架期差异最小化和混装类型差异最小化的配装方案，并根据配装方案对单温区冷藏车的温度进行调整，从而提高对物流企业的决策支持能力，增强卖方的盈利能力，降低运输过程中冷链物品的损耗率。附图说明图1是本发明一个实施方式的和声搜索算法的流程示意图；图2是本发明一个实施方式的和声搜索算法的执行流程示意图。具体实施方式如图1、2所示，在本发明的一个实施方式中，一种求解多品种大批量冷链物品混装的和声搜索算法，包括如下步骤：步骤100，获取待输送冷链物品及使用的单温区冷藏车的各种参数；其中的参数包括：所有冷链物品的数量n，及相应冷链物品i的保存温度区间最佳湿度区间重量wi、体积vi、货架期区间和所属类别fi等参数，涉及单温区冷藏车的参数包括：单温区冷藏车j的数量m、单个单温区冷藏车j的容积vj和额定载重量wj。计算冷链物品i的和的方法分别为和数量n是指所有冷链物品的数量，重量、体积是指单个冷链物品。如有3000件冷链物品，分为4类。那么n＝3000，第53件冷链物品的重量w53＝9(kg)，体积v53＝0.03(m3)，保存温度(保存温度为零下1度到5度)，f53＝3(该冷链物品属于第3类)。保存温度区间是每个冷链物品的保存温度区间，这样可以提高灵活性。同一类别下的冷链物体，保存温度区间可能不同。获取冷链物品的类别数量z，以及这些类别的混装效果矩阵bpq∈n，其值表示冷链物品类别p与冷链物品类别q的混装适宜程度，适宜程度与值的大小呈正相关的关系。如冷链物品一共分为10类(z＝10)。第3类物品和第4类物品若不能混装，则b34＝-1。对于同一种类别，b11＝1,b22＝1。其他情况下矩阵的元素为零。步骤200，建立不同冷链物品装配至单温区冷藏车时的混装模型,确定混装模型中每个冷链物品与单温区冷藏车的关系，然后建立优化目标函数，利用实数编码的方式建立初始和声记忆库并确定大小；确定混装模型的决策变量xi和tj，xij＝1表示冷链物品i由单温区冷藏车j运输；否则xij＝0；tj表示单温区冷藏车j设置的温度。建立优化目标函数的过程如下：首先求出表示冷链物品i与单温区冷藏车j的湿度相似度的最大化；其次求出在同一辆单温区冷藏车上，冷链物品货架期的相似度最大化；最后求出表示同一辆单温区冷藏车上的冷链物品的混装效果最大化；其中，xij＝1表示物品i由单温区冷藏车j运输，否则xij＝0；tj表示单温区冷藏车j车厢设置的温度。函数sim可以实现区间数与实数、区间数与区间数的比较，其定义分别如式子(4)和(5)所示：其中φ和分别为所有冷链物品湿度值的最小值和最大值。其中β和分别为冷链物品货架期的最小值和最大值。采用实数编码的方式对和声进行编码，和声表示第k个和声，当第n件冷链物品处于待装运的状态时，当第n件冷链物品由单温区冷藏车j运输时，表示第k个和声中单温区冷藏车j的单温区冷藏车温度。确定初始和声记忆库的大小ihms时的和声记忆库的矩阵形式如下：步骤300，采用随机搜索算法获得初始解，再通过修补算子对解进行修补，然后加入到初始和声记忆库，重复步骤200和300，每次通过迭代方式生成新的和声，直至得到要求数量的解向量；其中为了提高解的多样性，每个冷链物品按顺序以概率pinit依次放入单温区冷藏车，放置完毕后计算其中i表示冷链物品的编号，表示第k个和声中单温区冷藏车j中冷链物品的集合。这里是以一个特定的概率决定是否放入同一个单温区冷藏车，当这个单温区冷藏车装满了之后，再放入下一个单温区冷藏车。修补算子包括：(1)依次检查每个冷链物品的最佳保存温度是否与所在单温区冷藏车的温度相符，将不满足温度约束条件的冷链物品移出车厢；(2)当获得的解违反单温区冷藏车的运力约束时，随机移除车厢上的冷链物品；(3)当车厢的剩余容积与剩余载重量分别高于预设的数值δv和δw时，将待装运且符合温度约束的冷链物品装入车厢。如果新的解优于初始和声记忆库中的某个解，则将被支配的解删除。如果初始和声记忆库中的所有解都不优于新的解，则将新的解加入到初始和声记忆库中。步骤400，根据参数计算新的解，并利用步骤300的修补算子对新的解进行处理，重复该过程，直至迭代变量达到预设的最大迭代次数，得到满足条件的冷链物品混装方案。首先确定初始记忆库取值概率hmcr、微调概率par、带宽bw，再建立新的和声hmnew＝(hmnew,1,hmnew,2,…,hmnew,n)，生成一个[0,1]内均匀分布的随机数r1，按照以下方式计算hmnew,i：上式中如果r1≤hmcr，则采用记忆思考的方式生成新的音调hmnew,i。在记忆思考方式中，hmnew,i的取值范围是其历史数据集合{hm1,i,hm2,i,…,hm|hm|,i}。如果r1>hmcr，则采用randint[0,m]生成一个1至m之间的随机整数。如果hmnew,i是由记忆思考方式产生的，则需要根据参数par决定是否进行音调微调，如下式所示：上式中，mod函数为求余函数。重新计算单温区冷藏车的温度，运用前述修补算子对新的解再进行修复，计算hmnew,i的目标值，如果新的解优于新和声记忆库中的某个解，则将被支配的解删除，如果新和声记忆库中的所有解都不优于新的解，则将新的解加入到新和声记忆库中；当和声记忆库hm的大小|hm|超过阈值maxhms时，删除l个拥挤距离低的解。其中和声记忆库的边界解的拥挤距离为无穷大，其他解的拥挤距离为相邻解的欧几里得距离。当迭代变量iter达到预设的maxiter时，算法结束，否则循环执行前述求解过程。本实施方式的算法的计算步骤主要分两部分：第一部分采用随机搜索的方法建立初始和声记忆库，生成若干个新的解。第二部分为迭代过程，每次迭代采用记忆思考+随机生成+音调微调+修补算子的方法生成一个新的解。第二部分由若干个子过程(迭代)组成，每个子过程生成一个新的解，生成该新解需要用到第一部分的解集。在每个迭代的初期，所有冷链物品都处于待装运状态，单温区冷藏车的温度也为待定，在通过步骤400计算出每个冷链物品应该放在哪个单温区冷藏车后，再计算单温区冷藏车的温度。由于计算过程是模仿音乐师调整音乐的方法进行的，中间没有考虑单温区冷藏车的容量、容积等制约性条件，因此需要通过步骤400再对配装方案进行调整。和声搜索算法具有可调参数少、实现简单等特点，本发明考虑了冷链物品的保存温度、单温区冷藏车的载重量与容积等约束条件，以湿度差异最小化、货架期差异最小化和混装类型差异最小化为目标，对配装方案进行优化。本实施方式能够在满足单温区冷藏车运力约束与运输过程中的温度约束的条件下，自动计算并生成配装方案，从而提高对物流企业的决策支持能力，降低运输过程中冷链物品的损耗率。以下以实际例子说明前述计算过程。有一批果蔬类物品需要通过5辆单温区冷藏车进行短途运输。物品分为9类，共计3000箱，每箱物品的重量在3-15kg之间，体积在0.02-0.1m3之间。每一类物品的最佳保存温度、最佳保存湿度、储存时间如下表所示：类型编号名称温度湿度储存时间(天)1柿子椒7℃-13℃90％-95％14-212甜瓜7℃-10℃90％-95％12-213茄子7℃-12℃90％-95％74黄瓜10℃-13℃95％10-145香蕉13℃-15℃90％-95％7-286甘薯13℃-15℃85％-90％120-2107柠檬10℃-13℃85％-90％30-1808西葫芦5℃-10℃95％7-149菠萝7℃-13℃85％-90％14-28在配装过程中，尽量将同一种类型的冷链物品放在一起。由于柿子椒、柠檬和茄子、菠萝放在一起容易导致串味。所以混装效果矩阵b的主对角元均为1，b13、b31、b19、b91、b73、b37、b79、b97均为-1，其他元素为0。单温区冷藏车的车厢容积和额定载重量分别如下所示：冷藏车编号容积(m3)额定载重量(kg)112.5149027.5614313.51560412.4140059.81200确定算法的参数。令hmcr＝0.8、par＝0.3、bw＝2、pinit＝60％、z＝9、maxhms＝60、l＝20、ihms＝10、maxiter＝105、δv＝0.1、δw＝15。通过随机搜索算法，获得初始解如下表所示：z1z2z3404434321870423234401494415424361867427224391423420324411223420344381816425414401173414424411694411024371849391434231943通过迭代过程，算法最终获得的解如下表所示。可以明显看出，在采用和声搜索算法之后，算例获得的解在目标值的大小和多样性方面获得了较大程度的提升。至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。当前第1页12