Tài liệu MỘT GIẢI THUẬT DI TRUYỀN GIẢI BÀI TOÁN CẮT VẬT TƯ MỘT CHIỀU VỚI NHIỀU KÍCH CỠ VẬT LIỆU THÔ ppt

92 326 0

Daniel Gửi tin nhắn Báo tài liệu vi phạm

Tải lên: 111,441 tài liệu

  • Loading ...
1/92 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 17/02/2014, 12:20

BỘ GIÁO DỤC& ĐÀO TẠOVIỆN KH& CN VIỆT NAMVIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TINPHAN THỊ HOÀI PHƯƠNGMỘTGIẢI THUẬT DI TRUYỀNGIẢI BÀI TOÁN CẮT VẬT MỘT CHIỀUVỚI NHIỀU KÍCH CỠ VẬT LIỆU THÔLUẬN ÁN TIẾN SĨ TOÁN HỌCHà Nội– 2011BỘ GIÁO DỤC& ĐÀO TẠO VIỆN KH & CN VIỆT NAMVIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TINPHAN THỊ HOÀI PHƯƠNGMỘT GIẢI THUẬT DI TRUYỀNGIẢI BÀI TOÁN CẮT VẬT MỘT CHIỀUVỚI NHIỀU KÍCH CỠ VẬT LIỆU THÔChuyên ngành: Đảm bảo toán học cho máy tínhvà hệ thống tính toánMã số: 62 46 35 01LUẬN ÁN TIẾN SĨ TOÁN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. LƯƠNG CHI MAI2. TS. NGUYỄN VĂN HÙNGHà Nội– 2011LỜICAM ĐOANTôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả được viếtchung với các tác giả khác đã được sự nhất trí của đồng tác giả khi đưa vào luậnán.Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳcông trình nào.Tác giảPhan Thị Hoài PhươngLỜI CẢMƠNLuận án được thực hiện và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Lương ChiMai và TS. Nguyễn Văn Hùng. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến côLương Chi Mai và thầy Nguyễn Văn Hùng, những người thầyđã tận tìnhhướng dẫn,chỉ bảo, giúp đỡ tôi học tập và nghiên cứu.Xin trân trọng cảmơn Ban lãnhđạo Viện Công nghệ thông tin và bộ phận quản lýnghiên cứu sinh đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuậnlợi để tôi hoàn thành luậnán này.Tôi xin trân trọng cảm ơnBan lãnhđạo Học Viện Công nghệ Bưu chính viễn thôngđã tạo điều kiệncho tôi học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án.Tôi cũng xin cảm ơn Bộ phận kỹ thuật Nhà máy ống thép Việt -Đức đã cho phép tôithu thập số liệu và triển khai mô hình thử nghiệm ứng dụng giải bài toán cắt vật tư.Cuối cùng tôi xindành tặngluận án này cho những người thân yêu: bố mẹ, chồng,con gái và con trai của tôi như muốn nói một lời cảmơn chân thành nhất vì sự giúpđỡ,sựđộng viên không giới hạn đối với tôi. Họ chính là nơi khơi nguồn và cũng làđích hướng tới trong học tập và nghiên cứu của tôi.iMỤC LỤCMỞĐẦU 1Chương 1. CÁC KIẾN THỨC SỞ LIÊN QUAN 91.1. Bài toán cắt vậtmột chiều với một loại vật liệu thôthuật giải 91.1.1. Mô hình Gilmore-Gomory 101.1.2. Mô hình Arc-flow của Valerio de Carvalho 131.2. Giải thuật di truyền 191.3. Kết luận 25Chương 2. BÀI TOÁN CẮT VẬT MỘT CHIỀU VỚI NHIỀU KÍCH THƯỚCVẬT LIỆU THÔ: MÔ HÌNH VÀ GIẢI PHÁP 262.1. Phát biểu bài toán cắt vật một chiều với nhiều kích thước vật liệu thô theoGilmore và Gomory 262.2. Phát biểu mới của bài toán OneDCSP_M 282.3. Giải thuật di truyền lai ghép giải bài toánOneDCSP_M 322.4. Kết quả tính toán 402.5. Kết luận 50Chương 3. HỆ THỐNGĐA TÁC TỬ GMAS-OneDCSP_M GIẢI BÀI TOÁNOneDCSP_M 523.1. Yêu cầu của hệ thống GMAS-OneDCSP_M 543.2. Thiết kế hệ thống GMAS-OneDCSP_M 553.2.1. Kiến trúc hệ thống GMAS-OneDCSP_M 553.2.2. Thiết kế chi tiết hệ thống GMAS-OneDCSP_M 583.3. Đánh giá tính hiệu quả của hệ thống GMAS-OneDCSP_M 653.4. Kết luận 67KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 68DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 70TÀI LIỆU THAM KHẢO 71PHỤ LỤC 78iiDANH MỤC THUẬT NGỮThuật ngữ tiếng ViệtThuật ngữ tiếng AnhBài toán chủMaster Problem – MPBài toán chủ giới hạnRestricted Master Problem – RMPBài toán con định giáSubproblem – pricing problemĐiểm cựcExtreme pointGiải thuật di truyềnGenetic Algorithm – GAGiá suy giảmReduced costLậptrình tiến hóaEvolutionary Programming-EPNới lỏng tuyến tính liên tụcLinear continuous relaxationNới lỏng tuyến tính liên tục mạnhStrong linear continuous relaxationNới lỏng tuyến tính liên tục yếuWeak linear continuous relaxationPhương pháp nhánh cậnBranch and Bound – B&BPhương pháp phân nhánh và định giáBranch and Price – B&PPhương pháp phân nhánh, định giá vàcắtBranch and Price and CutPhương pháp tạo sinh cộtColumn GenerationTia cựcExtreme rayTính chất làm tròn nguyênInteger Round-Up Property – IRUPTính chất làm tròn nguyên cải biênModified Integer Round-Up Property –MIRUPTính toán tiến hóaEvolutionary ComputationThuật toán tiến hóaEvolutionary Algorithm- EAiiiDANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CỤM TỪ VIẾT TẮTKý hiệuThuật ngữAFThuật toán dựa trên mô hình luồng cung (Arc-Flow model) củaCarvalho giải bài toánOneDCSP_SA-TeamAsynchronous Team- Kiến trúc không đồng bộ sử dụng trong hệđa tác tửC&PCutting and Packing – Cắt vật và đóng hàngCSPCutting Stock Problem -Bài toán cắt vật tưFIPAFoundation for Intelligent Physical AgentsGA-AFGenetic Algorithm- Arc-Flow Model – Thuật toán lai ghép giảithuật di truyềnthuật toán AFGMAS-OneDCSP_MGenetic Multi Agent System- Hệ thống gen đa tác tử giải bài toánOneDCSP_MJADEJava Agent DEvelopment FrameworkLPLinear Programming – Quy hoạch tuyến tínhOneDCSPOne Dimension Cutting Stock Problem-Bài toán cắt vật tư mộtchiềuOneDCSP_MOne Dimensional Cutting Stock Problem with Multiple StockSizes -Bài toán cắt vậtmột chiều với nhiều kích thước vật liệuthôOneDCSP_M-SolverTác tử giải bài toánOneDCSP_MOneDCSP_SOne Dimensional Cutting Stock Problem with Single Stock Sizes-Bài toán cắt vật một chiều với một loại kích thước vật liệu thôOneDCSP_SLPNới lỏng tuyến tính của bài toánOneDCSP_SOneDCSP_S-SolverTác tử giải bài toánOneDCSP_SivDANH MỤC CÁC BẢNG BIỂUBảng 2.1 Tổng kết chất lượng nghiệm so với kết quả của Belov-Scheithauer 44Bảng 2.2 Kết quả tính toán của Silvio A. Araujo và đồng sự 45Bảng 2.3 Phân bốđộ chênh lệch nghiệm so với kết quả của Belov-Scheithauer 46Bảng 2.4 Thống kê thời gian tính toán 48Bảng 2.5 Thống kê phân bố thời gian tính toán 49vDANH MỤC CÁC HÌNH VẼHình 0.1 Sơ đồ các cách tiếp cận giải bài toán cắt vật một chiều…………………. 6Hình 1-1 Các phương án cắt trong bài toánOneDCSP_S 10Hình 1-2 Ví dụ về mạng lưới và phương án cắt vớiL=9 và các li{4,3,2} 13Hình 1-3 Một thế hệ mớiđược hình thành qua pha chọn lọc và pha tái tổ hợp. 22Hình 2-1 Các phương án cắt trong bài toánOneDCSP_M 27Hình 2-2 Biểuđồ thống kê độ chênh lệch so với kết quả của Belov-Scheithauer 47Hình 2-3 Biểu đồ thống kê phân bổ thời gian tính toán 50Hình 3-1 Kiến trúc của A-Team 53Hình 3-2 Biểu đồ tương tác giữa người dùng và hệ thống GMAS-OneDCSP_M 55Hình 3-3 Kiến trúc hệ thống GMAS-OneDCSP_M 56Hình 3-4 Cấu trúc bộ nhớ chung tương ứng với mỗi bài toánOneDCSP_M 59Hình 3-5 Biểu đồ Use Case của hệ thống GMAS-OneDCSP_M 631MỞĐẦUDân số thế giới tăng nhanh và đời sống vật chất của con người không ngừngnâng cao. Điềuđó dẫn tới nhu cầu về tài nguyên thiên nhiên ngày càng lớn. Chúngta đã và đang chứng kiến sự cạn kiệt của tài nguyên thiên nhiên, nhất là nhữngnguồn tài nguyên không tái tạođược như khoáng sản.Để phát triển bền vững, việcsử dụng tài nguyên một cách hiệu quả luôn là vấn đề thời sự của toàn nhân loại.Trong các ngành kinh tế như chế tạo máy, xây dựng, dệt may… việc sử dụng hiệuquả tài nguyên thể hiện bởi việc sử dụng hiệu quả các loại vật liệu thô phục vụ chomụcđíchkinh tế.Lĩnh vực cắt vật và đóng hàng (Cutting & Packing-C&P) bao gồm nhiều bàitoán tổ hợp, hình học, các mô hình và thuật toán lý thuyết cũng như thực tiễn liênkết với nhau. Mục tiêu chính của lĩnh vực này là sắp xếp một cách hiệu quả các đốitượng được mô tả bằng ngôn ngữ hình học trong một miền lớn hơn. Các bài toánsau đây là các bài toán điển hình cho chủ đề này: Cắt vật bài toán phế thải,xếpthùng (bin packing), bài toán sắp ba lô (knapsack), cân bằng luồng (line balancing),bài toán phân phối bộ nhớ và lập lịch cho bộđa xử lý (memory allocation andmultiprocessor scheduling problem)… Các bài toán cắt vật và đóng hàng đượcphát biểu và xử lý trong nhiều ngành khoa học khác nhau như khoa học quản lý,khoa học kỹ thuật, khoa học máy tính và công nghệ thông tin, toán học và vận trùhọc. Chúng là các bài toán thực tếđặt ra cho các ngành công nghiệp như côngnghiệp kính, thép, giấy, da, may mặc, vận tải và hậu cần.Từ giữa thế kỷ trước đã nhiều cách tiếp cận giải các bài toán cắt vật tư vàđóng hàng được đề xuất. Công trình khởi nguồn cho chủ đề này doL.V.Kantorovich đưa ra năm 1939 khi ông đề xuất áp dụng các mô hình toán họcđể[...]... vật một chiều với một loại vật liệu thôthuật giải Bài toán cắt vật một chiều kinh điển (bài toán cắt vật một chiều với một loại vật liệu thô – One Dimensional Cutting Stock Problem with Single Stock Length OneDCSP_S) được xác định b ởi các dữ liệu sau: (m,L,l=(l1,…,lm),b=(b1,…,bm)), trong đó : - m là số dạng vật liệu thành phẩm được cắt từ vật liệu thô - L là bề rộng của tấm vật liệu thô. .. trình bày hiệu quả thực nghiệm của thuật toán Phát biểu bài toán cắt vật một chiều với nhiều kích thước vật 2.1 liệu thô theo Gilmore và Gomory Bài toán cắt vật một chiều với nhiều kích thước vật liệu thô ( One-Dimensional Cutting Stock Problem with Multiple Stock Sizes – OneDCSP_M) là mở rộng tự nhiên của bài toán OneDCSP, trong đó các tấm vật liệu thô thể kích thước khác nhau Bài toán. .. bản về giải thuật di truyền: mã hóa nghiệm của bài toán, các toán tử di truyền và các sơ đồ thuật toán di truyền Tính hội t ụ của giải thuật di truyền chính tắc và biến thể của nó được tóm tắt ở cuối chương dựa trên kết quả nghiên cứu của Ruldoph [45] 26 Chương 2 BÀI TOÁN CẮT VẬT MỘT CHIỀU VỚI NHIỀU KÍCH THƯỚC VẬT LIỆU THÔ: MÔ HÌNH VÀ GIẢI PHÁP Chương này trình bày nội dung liên quan đến bài toán. .. tảng bài toán cắt vật một chiều Từ công trình khởi đầu của Gilmor e và Gomory, hàng loạt các biến thể khác nhau của bài toán OneDCSP đã được phát biểu và giải quyết bằng các cách tiếp cận khác nhau Bài toán cắt vật một chiều với nhiều kích thước vật liệu thô (One -Dimensional Cutting Stock Problem with Multiple Stock sizes – OneDCSP_M) là mở rộng tự nhiên của bài toán cắt vật một chiều với một. .. OneDCSP_S) Từ đó đưa ra một cách phát biểu mới của bài toán cắt vật với nhiều kích cỡ vật liệu thô OneDCSP_M - Trên sở phát biểu mới của bài toán OneDCSP_M và những mối liên quan ngữ nghĩa với bài toán OneDCSP_S, đề xuất lai ghép giải thuật di truyền với kỹ thuật phân nhánh và định giá theo mô hình Arc-Flow tạo nên thuật toán GA-AF giải hiệu quả bài toán OneDCSP_M Tính đúng đắn của thuật toán được chứng... cụ toán học sở nhằm giải quyết bài toán đặt ra ở chương sau Phần thứ nhất của chương trình bày các mô hình và thuật giải chính xác cho bài toán cắt vật với một loại vật liệu thô Phần thứ hai trình bày tóm tắt một số vấn đề bản của giải thuật di truyền Trong chương 2, tác giả phân tích mối liên quan ngữ nghĩa giữa bài toán OneDCSP_M và bài toán OneDCSP_S Kết quả cho thấy việc cắt vật với nhiều. .. cụ toán học liên quan làm sở cho việc xây dựng giải pháp cho bài toán OneDCSP_M được đưa ra trong các Chương tiếp theo Phần thứ nhất giới thiệu bài toán cắt vật một chiều với một loại vật liệu thô OneDCSP_S với hai mô hình giải bài toán: mô hình của Gilmore-Gomory và mô hình Arc-Flow của Carvalho Phần tiếp theo của chương đề cập những nội dung bản của thuật toán di truyền 1.1 Bài toán cắt vật. .. với nhiều kích thước vật liệu thô sẽ mang lại hiệu quả hơn so với trường hợp chỉ một loại vật liệu thôtừ đó đề xuất một mô hình mới cho bài toán OneDCSP_M Các phân tích đó cũng làm sở cho việc lai ghép giải thuật di truyền (GA) với thuật toán phân nhánh và định giá theo mô hình Arc-Flow (AF) của Carvalho để tạo nên thuật toán mới GA-AF giải bài toán OneDCSP_M Tính đúng đắn của thuật toán GA-AF... dụng và xem giải thuật di truyền như công cụ tối ưu hóa Trong mục này, chúng ta sẽ trình bày những khái niệm bản liên quan tới giải thuật di truyền Trong hầu hết các giải thuật di truyền thông thường hai thành phần phụ thuộc vào bài toán: mã hóa bài toán và hàm đánh giá Bước đầu tiên trong bất kỳ một giải thuật di truyền nào là bước tạo sinh quần thể xuất phát Trong giải thuật di truyền chính... của tấm vật liệu thô - Đối với mỗi dạng vật liệu thành phẩm j : + lj là bề rộng + bj là đơn hàng cho loại vật liệu thành phẩm đó Bài toán đặt ra là tìm cách cắt sao cho số lượng tấm vật liệu thô sử dụng là ít nhất mà vẫn đáp ứng được yêu cầu của đơn hàng Ở đây, các khái niệm vật liệu thô, vật tư, nguyên liệu đầu vào của bài toán được hiểu với nghĩa ng đương ng tự, hai thuật ngữ thành phẩm và sản . thuật toán di truyền. 1.1. Bài toán cắt vật tư một chiều với một loại vật liệu thô và thuật giải Bài toán cắt vật tư một chiều kinh điển (bài toán cắt vật. THÔNG TINPHAN THỊ HOÀI PHƯƠNGMỘT GIẢI THUẬT DI TRUYỀNGIẢI BÀI TOÁN CẮT VẬT TƯ MỘT CHIỀUVỚI NHIỀU KÍCH CỠ VẬT LIỆU THÔChuyên ngành: Đảm bảo toán
- Xem thêm -

Xem thêm: Tài liệu MỘT GIẢI THUẬT DI TRUYỀN GIẢI BÀI TOÁN CẮT VẬT TƯ MỘT CHIỀU VỚI NHIỀU KÍCH CỠ VẬT LIỆU THÔ ppt, Tài liệu MỘT GIẢI THUẬT DI TRUYỀN GIẢI BÀI TOÁN CẮT VẬT TƯ MỘT CHIỀU VỚI NHIỀU KÍCH CỠ VẬT LIỆU THÔ ppt, Tài liệu MỘT GIẢI THUẬT DI TRUYỀN GIẢI BÀI TOÁN CẮT VẬT TƯ MỘT CHIỀU VỚI NHIỀU KÍCH CỠ VẬT LIỆU THÔ ppt

Từ khóa liên quan

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn