基于自適應(yīng)遺傳算法的物流運輸方式選擇研究

李天龍+潘宇航+龍巖+康艷紅+袁書娟

摘要：綜合考慮托運人和承運人的利益，分別建立托運人和承運人的費用函數(shù)，通過托運人和承運人的博弈分析，減弱二者的利益沖突，考慮到承運人激勵行為選擇機制，通過量化運輸風險、運輸時限、運輸距離、運輸成本、運輸距離等影響運輸費用的因素，建立廣義費用函數(shù)模型，轉(zhuǎn)化為一個運輸方式選擇多目標優(yōu)化問題，通過自適應(yīng)遺傳算法的設(shè)計，對該問題進行優(yōu)化，最后得到當托運人要求一定時，候選承運人數(shù)量增加時，該算法的優(yōu)越性更明顯。

關(guān)鍵詞：博弈 廣義費用函數(shù) 多目標優(yōu)化 遺傳算法

1 引言

運輸是物流活動中重要的環(huán)節(jié)，如何選擇最優(yōu)的物流運輸方式常常成為決策者面臨的難題，因為不同的運輸方式有著其各自特點。目前國際物流運輸主要采用五種運輸方式：航空運輸、公路運輸、鐵路運輸、水路運輸、管道運輸，各有其優(yōu)缺點?；诖耍_選擇物流運輸方式，對提高企業(yè)運輸效率、降低物流成本，提高托運人的滿意度都具有積極的意義。

2基于托運人和承運人運輸方式選擇的博弈模型

假設(shè)“人是理性的”是博弈論的基本前提，即在進行博棄中策略選擇時，每個參與者都以追求自身利益最大化為目標，并且人們的行為也是相互影響的。將“人是理性的”假設(shè)進一步擴展，可得出參與博弈的組織同樣也是理性的，即也是以追求自身組織的效用最大化為目標。對于運輸系統(tǒng)，托運人希望能在效用最大化條件下完成貨物運輸，不同運輸方式承運人也期望獲得最大收益。承運人之間為了獲得承運權(quán)，他們之間也存在合作與競爭，這種競爭與合作活動都是相互進行的。因此，根據(jù)博弈論的概念及基本要素分析，我們可以得到貨物運輸方式選擇的整個過程，實際上就是托運人與承運人、承運人之間的博弈過程，符合博弈論研究的基本要求。

本文的貨物運輸方式主要涉及鐵路運輸、公路運輸、水路運輸及航空這四種運輸方式。貨物運輸方式選擇的博弈過程，既是各種不同運輸方式承運人在滿足各自利益基礎(chǔ)上的博棄，同時也是托運人和承運人之間的一個相互博棄過程。托運人與承運人的一主多從博弈關(guān)系如下圖所示。

2.1托運人廣義費用的目標函數(shù)

在廣義費用思想的基礎(chǔ)上，選取運輸費用、時間成本和風險成本等三個因素，作為影響托運人貨物運輸方式選擇的主要因素，構(gòu)建的貨物運輸方式選擇廣義費用函數(shù)模型如下：

（1）

（2）

式中： ，j—貨物從i到j(luò)的托運人廣義運輸費用； —貨物以運輸方式從到的運輸價格； —貨物以運輸方式k從i到j(luò)所需時間； —貨物從i到j(luò)的運輸時間限制； —貨物以運輸方式k從i到j(luò)的運輸風險成本； —運輸時間限制內(nèi)貨物的時間價值系數(shù)；

——運輸時間限制以外內(nèi)貨物的時間價值系數(shù)； ——權(quán)重系數(shù)i=1，2，3。

2.2 承運人目標函數(shù)

作為貨物運輸?shù)某羞\人，其目標是能夠獲得托運人較高的托運費用，并且能夠使得貨物運輸過程的運營成本、超時懲罰成本和風險成本最低，從而使得最終的利潤最大化。論文將承運人的總收入（即托運人所支付的貨物運輸費用）減去運營成本、超時懲罰成本和風險成本之和作物承運人的目標函數(shù)。

（3）

（4）

式中： —貨物從i到j(luò)承運人k的運輸利潤； —燃油和潤滑油費用； —正常維修費用； —折舊費用； —管理及人員工資費用； —貨物從i到j(luò)承運人k所耗時間； —貨物從到j(luò)的運輸時間限制； —貨物從i到j(luò)承運人k的運輔險成本； —運輸時間限制內(nèi)貨物的時間價值系數(shù)。

為承運人目標函數(shù)中各影響因素的權(quán)重系數(shù)，是承運人根據(jù)各影響因素的重要程度，而確定的權(quán)重大小。承運人目標函數(shù)是以利潤函數(shù)

最大化為目標。

2.3 承運人激勵行為選擇機制分析

本文所研究的承運人能主動采取的激勵行為主要有價格激勵行為、時間極力行為和運行安全激勵行為3個，價格激勵是指承運人對貨物的運價給予一定的折扣，從而讓托運人更傾向于自己；時間激勵是指調(diào)整運輸速度及運輸準時性；安全激勵是通過一定的安全措施，以降低運輸風險的行為。而承運人選擇何種激勵行為依據(jù)兩個方面，一個是托運人的目標，一個是其他承運人所采取的激勵行為。

3托運人運輸方式選擇的一種自適應(yīng)遺傳算法

托運人運輸方式選擇問題屬于一類資源組合優(yōu)化問題，可以采用不同的優(yōu)化策略進行最優(yōu)解的搜索[6]..本文提出一種自適應(yīng)遺傳算法來求解托運人運輸方式選擇優(yōu)化問題。

3.1 染色體編碼

根據(jù)遺傳算法，每條染色體可以表示為圖1所示的代碼串，表示任務(wù)選擇方案。代碼串中的每一位代表一個候選方案的狀態(tài)，μij=1表示任務(wù)yi=的第j個候選方案被選中參與運送，μij=0表示未被選中；Y={yi│∈[1，n]}，表示托運人在根據(jù)實際情況確定權(quán)重后提出的n項要求的集合；M={mii│n≥1}表示可以完成任務(wù)yi的候選承運方集合。。這樣，貨物運送方案選擇優(yōu)化問題就轉(zhuǎn)換成利用遺傳算法求解最優(yōu)解問題，即求解最優(yōu)染色體編碼。

3.2遺傳算子的選擇策略

遺傳算法的遺傳操作一般包括選擇、交叉和變異在一般的遺傳算法中，對所有個體的交叉概率PC和變異概率Pm選用某一固定參數(shù)，且在遺傳過程中保持不變.本文提出一種交叉和變異概率的自適應(yīng)調(diào)整規(guī)則，使得每個個體按其適應(yīng)度大小選擇不同的交叉概率PC和變異概率Pm。而且，在遺傳過程中根據(jù)適應(yīng)度的變化自動調(diào)節(jié)這兩個控制參數(shù)。這樣，群體中每個個體對環(huán)境的變化就具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。

參考文獻：

[1] 張得志，凌春雨. 多種運輸方式的組合優(yōu)化模型及求解算法[J]. 長沙鐵道學院學報，2002，04：71-75.

[2] 劉娜翠，邱榮祖，侯秀英. 物流系統(tǒng)中運輸方式的選擇[J]. 福建農(nóng)林大學學報（自然科學版），2011，05：546-550.

[3] 井祥鶴，魏冬峰，周獻中. 運輸方式選擇多目標優(yōu)化問題的混合遺傳算法[J]. 計算機工程與應(yīng)用，2008，06：210-212+224.endprint