煤礦運(yùn)輸?shù)乇碥囕v調(diào)度中的文化算法應(yīng)用研究

摘 要：文化算法被成功用于解決現(xiàn)實(shí)生活中的諸多實(shí)際復(fù)雜優(yōu)化問題，比如煤礦運(yùn)輸?shù)乇碥囕v調(diào)度問題就可以在文化算法的正確應(yīng)用中得以解決。文化算法是在實(shí)現(xiàn)個(gè)體進(jìn)化的種群空間基礎(chǔ)上，構(gòu)建出信度空間，從而可以對進(jìn)化過程中隱含著的有效信息進(jìn)行挖掘和充分的利用。為雙層進(jìn)化機(jī)制為進(jìn)化計(jì)算中的知識(shí)引導(dǎo)提供了通用框架，已證明能有效提高算法性能，目前，煤礦的地面運(yùn)輸中的車輛調(diào)度存在著很大的問題，各個(gè)煤炭運(yùn)輸?shù)刂g要有很多的車輛往返，調(diào)度的不當(dāng)會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)和人力的損失，文章具體的介紹了文化算法以及文化算法在調(diào)度地表車輛中的應(yīng)用，在說明問題的同時(shí)也驗(yàn)證了文化算法的有效和精準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：煤礦運(yùn)輸；地面車輛；調(diào)度；文化算法；最短路徑

前言

煤礦的產(chǎn)業(yè)中，運(yùn)輸是一個(gè)重要的問題，運(yùn)輸?shù)攸c(diǎn)的分散和運(yùn)輸車輛的數(shù)量之大都在影響著煤礦產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了使煤礦產(chǎn)業(yè)的煤礦運(yùn)輸?shù)乇碥囕v調(diào)度不再做無用功，在地表的車往返于各個(gè)供應(yīng)點(diǎn)的過程中，有多種線路可以走，但是不同的行車路線所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值卻大相徑庭，所以優(yōu)化調(diào)度是降低成本的最佳方式，文章以文化算法來解決這一問題，這種算法是在上世紀(jì)八十年代被美國學(xué)者發(fā)明的算法，是一種隨機(jī)性搜索算法，其函數(shù)性態(tài)良好，在之后的生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。

1 煤礦運(yùn)輸?shù)乇碥囕v調(diào)度中的文化算法的概述

1.1 文化算法的定義

文化算法是一種源于文化進(jìn)化過程中的模型，文化算法的特性十分的優(yōu)良，這種算法可以成功的解決一些復(fù)雜的問題，讓現(xiàn)實(shí)生活中的問題得要利益的最大化，文化算法是基于遺傳算法上的改進(jìn)，遺傳算法的框架被納入了文化算法的大框架中，文化算法充分的利用了優(yōu)秀個(gè)體所包含的信息，對于收斂速度的提升上進(jìn)行了很大的改進(jìn)[1]。

1.2 文化算法在現(xiàn)實(shí)生活中的意義

人類的進(jìn)步受到了生物進(jìn)化機(jī)理的啟發(fā)，蟻群優(yōu)化法就是科學(xué)家在對螞蟻的食物采集的過程中形成的規(guī)律，這樣的利用是人在自然中得到的啟示和策略。文化算法的最大的應(yīng)用范圍就是交通往復(fù)運(yùn)輸問題，比如近些年極其受人關(guān)注的煤礦運(yùn)輸?shù)乇碥囕v調(diào)度問題，在文化算法影響的預(yù)算方法中這一看似簡單的問題得到了實(shí)質(zhì)性的優(yōu)化。文化的含義就是知識(shí)、信息、習(xí)俗等所融會(huì)貫通得到的價(jià)值，文化是讓信息得以完好保存的最佳載體，文化是人類利用以往的知識(shí)厚積薄發(fā)的讓生命的進(jìn)程更有意義，讓復(fù)雜的問題得到簡單的解決，就是我們說的學(xué)以致用。受到這些想法的啟發(fā)，美國科學(xué)家提出了文化算法，文化算法在資源調(diào)度、函數(shù)優(yōu)化、欺騙探測、遺傳規(guī)劃、動(dòng)態(tài)環(huán)境的建立等領(lǐng)域得到了良好的應(yīng)用[2]。

1.3 文化算法的原理

文化算法是人類社會(huì)進(jìn)步的產(chǎn)物，是數(shù)學(xué)在發(fā)展過程中對人類的回饋。文化算法是利用雙重化的機(jī)制，在信度空間中提取了許多隱含的信息，這些隱含的信息是進(jìn)化過程中的產(chǎn)物。文化算法包含三個(gè)元素，分別是：種群空間、信度空間、溝通空間。文化算法的主要思想是：在初始化的空間以及渠道中找出個(gè)體的適應(yīng)值，在種群的進(jìn)化過程中形成了不同的體驗(yàn)，這種不同的體驗(yàn)值會(huì)傳遞給信度，在個(gè)體經(jīng)驗(yàn)的影響下信度空間可以依據(jù)原有的規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化，這就是群體經(jīng)驗(yàn)。個(gè)體經(jīng)驗(yàn)與群體經(jīng)驗(yàn)一起來對函數(shù)進(jìn)行影響，在這樣的過程中得到的結(jié)果是高效引導(dǎo)種群的進(jìn)化[3]。

2 煤礦運(yùn)輸?shù)乇碥囕v調(diào)度中的文化算法設(shè)計(jì)以及流程

流程可以簡單的概括為：初始化一個(gè)種群空間p，然后通過目標(biāo)函數(shù)對種群空間中的個(gè)體進(jìn)行評價(jià)；根據(jù)所得函數(shù)給定的取值范圍和初始種群中的候選解，按照信仰空間結(jié)構(gòu)，生成初始信仰空間；根據(jù)influence，對種群中的每個(gè)父個(gè)體進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儺?，生成相?yīng)個(gè)數(shù)的子個(gè)體；對于生成的父、子共2p新中群的每個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，需要隨機(jī)選取c個(gè)個(gè)體進(jìn)行比較，如果該個(gè)體適應(yīng)值優(yōu)于與其比較的則稱其獲勝一次，次數(shù)需要記錄；選取p個(gè)具有最多勝利次數(shù)的個(gè)體作為下一代的父個(gè)體；設(shè)定接收函數(shù)，更新信仰空間；不滿足結(jié)束條件，則重復(fù)至結(jié)束。具體在煤礦運(yùn)輸中的應(yīng)用如下。

2.1 信度空間的設(shè)計(jì)以及更新

中，Vi=|（li，ui），（Li，Ui）|，i≤n其中ui和li分別表示第i維變量的上限和下限，Ui和Li分別表示對應(yīng)于變量上下限的適應(yīng)值。在給出的下限和下限都有相對的適應(yīng)值。給出了變量x的下限l和上限u及分別對應(yīng)的適應(yīng)度值得上下限，搜索的范圍得到了約束。信用空間就可以因此得到更新式子（略）。

2.2 接收函數(shù)

在整體的空間中找到相對較好的個(gè)體，需要利用相對函數(shù)。這些個(gè)體在信度函數(shù)中得到更新，煤礦運(yùn)輸?shù)能囕v調(diào)度問題設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)接受函數(shù)為：

Accept（·）=p%+p%/t

式中的t為進(jìn)化當(dāng)前迭代次數(shù)；p%為固定比率。選取較優(yōu)個(gè)體的過程中，迭代次數(shù)增加過程中比例函數(shù)會(huì)減小，變化的范圍選擇為[p%，2p%]。影響函數(shù)的計(jì)算過程省略，結(jié)果會(huì)得調(diào)整參考的樣本公式：

νij∈[νmin，νmax]=[-k（uj-lj），k（uj-lj）]

2.3 煤礦運(yùn)輸?shù)乇碥囕v調(diào)度的文化算法流程

在實(shí)際的煤礦運(yùn)輸中，每一條路線就是一個(gè)個(gè)體，所有的車輛可以走的路線加起來就是一個(gè)整體，在計(jì)算的過程中要評估任意一個(gè)方案的函數(shù)值的最佳適應(yīng)情況，信度空間要在不斷的更新中進(jìn)行替換。每一次迭代的最佳適應(yīng)度函數(shù)值要被準(zhǔn)確的記錄，直到達(dá)到最大，最終就可以像預(yù)想中的結(jié)果一樣，得到最佳的運(yùn)輸方案，路徑最短，利益最大化[4]。

3 文化算法的應(yīng)用中遇到的問題以及解決方法

復(fù)雜的問題可以被文化算法從全局出發(fā)解決，在人類社會(huì)中很多看似循規(guī)蹈矩的操作中很可能就蘊(yùn)含著很大的可能性。煤礦運(yùn)輸?shù)乇碥囕v調(diào)度中的文化算法將煤礦實(shí)施中的經(jīng)濟(jì)利益發(fā)揮到極致，但是由于多種原因?qū)е挛幕惴ǖ貌坏搅己玫膽?yīng)用。煤礦的開采商有時(shí)可能在開采的過程中會(huì)忽略了運(yùn)輸上可以節(jié)省的資金，認(rèn)為在開采的大工程中這是一項(xiàng)極小的開支，但是，其實(shí)在日積月累中這也是一個(gè)很大的數(shù)字。也有的煤礦開采商由于并不懂得如何利用文化算法來節(jié)約成本而仍然走舊路，導(dǎo)致日積月累已經(jīng)形成習(xí)慣，不再接納新的改革。還有一種情況就是工作人員在利用文化算法的時(shí)候由于數(shù)據(jù)的采集不科學(xué)，空間利用不對等，運(yùn)算不細(xì)致，導(dǎo)致得到的結(jié)果并非最優(yōu)，這也會(huì)給煤礦開采帶來不要的損失。這就需要國家或者地方煤礦開采工程高度重視，監(jiān)督管理人員的整體素質(zhì)，督促其節(jié)約本該可以節(jié)約的資源，多利用諸如文化算法這樣的原理算法，讓人類的智慧的結(jié)晶在生活生產(chǎn)中創(chuàng)造更大的價(jià)值[5]。

4 結(jié)束語

文章對文化算法的來源以及重要性進(jìn)行了詳細(xì)的說明，文化算法在煤礦運(yùn)輸?shù)乇碥囕v調(diào)度中的應(yīng)用是十分有意義的，文化算法受到自然界的優(yōu)勝劣汰的啟迪，在同樣可行的方案中經(jīng)過數(shù)學(xué)的梳理得到最合理的規(guī)劃，文化算法是文化算法的普遍性和適應(yīng)性將生產(chǎn)生活中的最優(yōu)解的求取擴(kuò)大到全局，在煤礦運(yùn)輸?shù)乇碥囕v調(diào)度中文化算法得到了較好的應(yīng)用，這使煤礦產(chǎn)業(yè)使經(jīng)濟(jì)效益擴(kuò)大化，人力物力得到節(jié)約，這是數(shù)學(xué)在生活中應(yīng)用的典型例子。

參考文獻(xiàn)

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[2]孫曉瑩，徐紅霞.基于蟻群算法的煤礦運(yùn)輸車輛調(diào)度應(yīng)用研究[J].煤炭技術(shù)，2012，8（7）：140-142.

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[5]何洋林.文化進(jìn)化算法在車間生產(chǎn)調(diào)度中的應(yīng)用研究[D].上海：上海理工大學(xué)，2010.