遗传算法在物流系统优化中的应用研究
物流已被认为是继降低原材料消耗和提高劳动生产率之后的“第三利润源”。通过优化物流系统，可以降低物流成本，从而增强企业的市场竞争能力。因此，研究物流系统中的优化问题，具有十分重要的意义，是国内外研究的一个热点。
库存成本与配送成本是物流系统的核心成本，在物流总成本中占据了很大的比例。如果能降低库存成本与配送成本，就能有效地降低物流成本。
遗传算法是一种应用很广泛的智能优化算法，本文对遗传算法进行了分析研究，针对遗传算法的一些缺陷提出了相应的改进方法。在上述研究基础上，本文基于遗传算法，研究了物流系统中的库存优化问题及车辆路径问题。本文将库存仿真优化问题与车辆路径问题都看作是组合优化问题，并应用遗传算法进行求解。
本文的主要研究工作及贡献可归纳如下：
(1)对随机库存系统建立了基于离散事件系统的计算机仿真模型。用系统仿真方法求解最优库存策略时，其难点之一在于仿真的优化。为此，本文将计算机仿真技术和遗传算法相结合，应用遗传算法来优化模型的控制参数，即获得最优的库存控制策略。针对随机系统的特点，设计了候选解收集器，它能够收集在仿真优化过程中产生的Pareto解；提出了M精英选择算子，用于保护潜在的最优个体，使它们在交叉、变异算子中不被破坏。针对两种常用的库存控制策略进行了仿真优化的实验，结果表明本文提出的仿真优化方法是有效的。
(2)旅行商问题(TSP)是车辆路径问题的子问题。为了求解TSP问题，研究了常用于TSP问题的三种交叉算子的优化效果，提出了一种求解TSP问题的高效混合遗传算法HGA-TSP。在该算法中以变形的OX算子作为交叉算子，以2-opt算法作为遗传算法的变异算子；提出了K近邻点集的概念以缩减搜索空间并提高算法的时间效率。
(3)将单配送中心，多辆运输车且无约束的车辆路径问题建模成具有总路径长度最短、子路径长度均衡性好这两个目标的双目标多旅行商问题(MTSP)，并基于HGA-TSP算法，研究了三种求解上述问题的解决方案。
(4)对于带能力约束的车辆路径问题(CVRP)，提出了一种新的双层染色体编码方案和一种子路径交换算法。双层染色体编码方案不需要预先知道最优解所需要的车辆数，并能确保染色体不违反能力约束，这更适合求解实际物流配送系统中的车辆路径问题。此外，相对于常用的单层染色体编码方案，该编码方案还能降低搜索空间的大小，从而提高搜索效率并降低计算时间。子路径交换算法可以有效提高遗传算法的求解精度。基于上述双层染色体编码方案和子路径交换算法，设计了两种求解CVRP问题的混合遗传算法，分别是HGA-CVRP算法和HGA-SE-CVRP算法。 (5)对于带时间窗约束的车辆路径问题(VRPTW)，首先改进了双层染色体编码方案，以便在编程实现时更方便地进行子路径的处理。然后研究了遗传算法与邻域搜索算法的结合方式，在遗传算法中引入了带克隆操作的邻域搜索算子。最后提出了一种求解VRPTW问题的新型混合遗传算法HGA-VRPTW。
(6)综合应用了面向对象分析与设计、多线程、UML等先进的软件开发方法与技术，设计并开发了VRP仿真实验室，这是一个用于研究车辆路径问题的软件包，具有使用简便、界面美观的特点。VRP仿真实验室在本文的研究中发挥了重要的作用，是研究车辆路径问题的有力工具。
本文对大量的基准测试实例(Benchmark)进行了仿真计算，计算结果表明，本文所提出的一系列算法能有效求解物流系统中的库存优化问题与车辆路径问题。
遗传算法;候选解收集器;旅行商问题;K近邻点集;车辆路径问题;物流系统
华东师范大学
博士
系统分析与集成
胡幼华
2007
中文
F252;TP319
137
2007-09-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）