一、原理简介

蚁群算法的基本原理

1、蚂蚁在路径上释放信息素。

2、碰到还没走过的路口,就随机挑选一条路走。同时,释放与路径长度有关的信息素。

3、信息素浓度与路径长度成反比。后来的蚂蚁再次碰到该路口时,就选择信息素浓度较高路径。

4、最优路径上的信息素浓度越来越大。

5、最终蚁群找到最优寻食路径。

 【VRP问题】基于蚁群算法求解带时间窗车辆调度问题_路径规划

 蚁群走过较短的那一侧的蚂蚁数数量会多于较长那一侧的,所以留下的信息素就会多,渐渐的蚂蚁就只走较短的那一侧了。

蚁群算法对TSP的求解主要有两大步骤:(TSP问题就是要找到最短哈密尔顿回路)

1、路径构建

AS中的随机比例规则;对于每只蚂蚁k,路径记忆向量R^k.按照访问顺序记录了所有k已经经过的城市序号。设蚂蚁k当前所在城市为i,则其选择城市j作为下一个访问对象的概率为:

【VRP问题】基于蚁群算法求解带时间窗车辆调度问题_matlab_02

2、信息素更新

 【VRP问题】基于蚁群算法求解带时间窗车辆调度问题_matlab_03

这里m是蚂蚁个数, ρ是信息素的蒸发率,规定0≤ ρ≤1,在AS中通常设置为 ρ =0.5,Δτij是第k只蚂蚁在它经过的边上释放的信息素量,它等于蚂蚁k本轮构建路径长度的倒数。C^k表示路径长度,它是R^k中所有边的长度和。

构建图:构建图与问题描述图是一致的,成份的集合C对应着点的集合(即:C=N),连接对应着边的集合(即L=A),且每一条边都带有一个权值,代表点i和j之间的距离。

约束条件:所有城市都要被访问且每个城市最多只能被访问一次。

信息素和启发式信息:TSP 问题中的信息素表示在访问城市i后直接访问城市j的期望度。启发式信息值一般与城市i和城市j的距离成反比。

解的构建:每只蚂蚁最初都从随机选择出来的城市出发,每经过一次迭代蚂蚁就向解中添加一个还没有访问过的城市。当所有城市都被蚂蚁访问过之后,解的构建就终止。

【VRP问题】基于蚁群算法求解带时间窗车辆调度问题_路径规划_04

蚁群算法存在缺陷

蚁群算法在解决小规模TSP问题是勉强能用,稍加时间就能发现最优解,但是若问题规模很大,蚁群算法的性能会极低,甚至卡死。所以可以进行改进,例如精英蚂蚁系统。

精英蚂蚁系统是对基础蚁群算法的一次改进,它在原AS信息素更新原则的基础上增加了一个对至今最优路径的强化手段。在每轮信息素更新完毕后,搜索到至今最优路径的那只蚂蚁将会为这条路径添加额外的信息素。精英蚂蚁系统引入 这种额外的信息素强化手段有助于更好的引导蚂蚁搜索的偏向,使算法更快收敛

【VRP问题】基于蚁群算法求解带时间窗车辆调度问题_matlab_05

二、实例及代码

【VRP问题】基于蚁群算法求解带时间窗车辆调度问题_matlab_06

Excel  exp12_3_2.xls内容:

【VRP问题】基于蚁群算法求解带时间窗车辆调度问题_matlab_07