وزارت علوم، تحقیقات و فناوری

دانشگاه علوم و فنون مازندران

پایان نامه

مقطع کارشناسی ارشد

رشته مهندسی صنایع- صنایع

عنوان: بهینه سازی چندهدفی مدل جانمایی تسهیلات با سرویس دهندگان ثابت و تقاضای تصادفی مشتریان، با استفاده از الگوریتم های فراابتکاری

استاد راهنما: دکتر مصطفی زندیه

استاد مشاور: دکتر نیکبخش جوادیان

تابستان 90

چکیده

مسأله مورد بررسی در این پایان نامه، مسأله‌ی جانمایی تسهیلات با فرض ثابت بودن سرویس‌دهندگان و تصادفی بودن تقاضای مشتریان می‌باشد.

مسأله شامل طراحی و جانمایی دستگاه‌های خودپرداز[1] درون یک شهر می‌باشد؛ به این ترتیب که یک سری موقعیت مکانی برای جانمایی این دستگاه‌‌ها کاندید شده اند؛ تعدادی از این دستگاه‌ها قرار است در موقعیت‌های مکانی کاندید شده مذکور جانمایی شوند. مشتری‌ها به صورت تصادفی از یک سری مراکز تقاضا به یکی از این دستگاه‌ها می‌رسند. اگر هنگامی‌که آن‌ها می‌رسند، دستگاه خودپرداز آزاد باشد، آن‌ها بلافاصله سرویس دهی می‌شوند. در غیر این صورت، آن‌ها به صف می‌پیوندند یا آنجا را ترک می‌کنند. زمان تصادفی که یک مشتری در یک دستگاه سپری می‌کند بستگی به تعداد و نوع تراکنشی (مثلاً مانده حساب، دریافت وجه، انتقال وجه و غیره) دارد که او انجام می‌دهد.

سه هدف برای مسأله فوق درنظر گرفته شده‌است که هدف اول، مینیمم کردن متوسط تعداد مشتریان درحال سفر، هدف دوم، مینیمم کردن متوسط تعداد مشتریان در حال انتظار و هدف سوم، ماکزیمم کردن مجموع کارکرد دستگاه‌ها در واحد زمان می‌باشد. باتوجه به اینکه این مسأله، در حالت تک‌هدفه بودن نیز  [2]NP-Hard می‌باشد، حل آن در حالت چندهدفه، بسیار مشکل تر خواهدبود. به‌همین خاطر، چندین روش فراابتکاری برای حل آن ارائه می‌شود. در این تحقیق سعی شده‌است که از سه الگوریتم چندهدفه مبتنی بر الگوریتم ژنتیک و همچنین از سه الگوریتم چندهدفه مبتنی بر سیستم ایمنی مصنوعی استفاده شود. این الگوریتم‌ها با استفاده از روش‌های اندازه گیری عملکرد الگوریتم‌های چندهدفه، مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند.

کلمات کلیدی:

مکان‌یابی تسهیلات، سیستم صف، الگوریتم های چندهدفه مبتنی بر الگوریتم ژنتیک ، الگوریتم‌های چندهدفه مبتنی بر سیستم ایمنی مصنوعی

فهرست مطالب

فصل اول: تعریف مسأله                                                                                  1

1-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………… 2

1-2- مکانیابی تسهیلات………………………………………………………………………………………… 2

1-3- بیان مسأله…………………………………………………………………………………………………… 4

1-4- روش حل………………………………………………………………………………………………….. 7

1-5- اهمیت و ضرورت تحقیق………………………………………………………………………………. 8

1-6- اهداف تحقیق……………………………………………………………………………………………… 9

1-7- جمع بندی………………………………………………………………………………………………….. 9

فصل دوم: مرور ادبیات                                                                                 11

2-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………… 12

2-2- مکانیابی تسهیلات……………………………………………………………………………………… 12

2-2-1- مرور ادبیات در موضوع مکانیابی تسهیلات………………………………………………. 12

2-2-2- معیارهای دسته بندی مدلهای مکانیابی……………………………………………………… 17

2-2-3- مسائل پوشش…………………………………………………………………………………… 19

2-2-3-1-مسأله پوشش مجموعه………………………………………………………………….. 19

2-2-3-2- مسأله مکانیابی حداکثر پوشش………………………………………………………. 21

2-2-3-3- مسائل p-center……………………………………………………………………… 22

2-2-3-4- مسائل p-median……………………………………………………………………. 23

2-2-4- مسائل دیگر مکانیابی………………………………………………………………………….. 24

2-2-5- مسائل مکانیابی تسهیلات با تقاضای تصادفی و تراکم…………………………………. 25

2-2-5-1- مرور ادبیات مسائل مکانیابی تسهیلات با تقاضای تصادفی و تراکم………… 26

2-2-5-2- مکانیابی تسهیلات با تقاضای تصادفی و تراکم………………………………….. 29

2-3- نظریه صف………………………………………………………………………………………………. 35

2-3-1- مشخصات صف………………………………………………………………………………… 36

2-3-2- قانون لیتِل………………………………………………………………………………………… 38

2-3-3- صف M/M/1…………………………………………………………………………………. 39

2-4- مسائل بهینه سازی چندهدفه………………………………………………………………………….. 40

2-4-1- فرمول بندی مسائل بهینه سازی چندهدفه…………………………………………………. 40

2-4-2- الگوریتم‌های تکاملی برای بهینه سازی مسائل چندهدفه بر مبنای الگوریتم ژنتیک… 41

2-4-2-1- الگوریتم ژنتیک مرتب سازی نامغلوب…………………………………………….. 42

2-4-2-2- الگوریتم NSGA-II محدود شده…………………………………………………. 45

2-4-2-3- الگوریتم ژنتیک رتبه بندی نامغلوب………………………………………………… 46

2-4-3- الگوریتم‌های تکاملی برای بهینه سازی مسائل چندهدفه بر مبنای سیستم ایمنی مصنوعی…….. 49

2-4-3-1- سیستم ایمنی مصنوعی………………………………………………………………… 49

2-4-3-1-1- مفاهیم ایمنی…………………………………………………………………….. 49

2-4-3-1-2- ایمنی ذاتی………………………………………………………………………. 51

2-4-3-1-3- ایمنی اکتسابی…………………………………………………………………… 51

2-4-3-1-4- تئوری شبکه ایمنی…………………………………………………………….. 52

2-4-3-1-5- الگوریتم ایمنی مصنوعی……………………………………………………… 53

2-4-3-1-6- سیستم ایمنی مصنوعی و مسائل بهینه سازی چندهدفه…………………. 54

2-4-3-2- الگوریتم MISA………………………………………………………………………. 56

2-4-3-3- الگوریتم VIS………………………………………………………………………….. 61

2-4-3-4- الگوریتم NNIA………………………………………………………………………. 64

2-5- روش‌های اندازه گیری عملکرد الگوریتم‌های چندهدفه………………………………………… 67

2-5-1- فاصله نسلی……………………………………………………………………………………… 68

2-5-2- درجه توازن در رسیدن همزمان به اهداف…………………………………………………. 69

2-5-3- مساحت زیر خط رگرسیون………………………………………………………………….. 70

2-5-4- تعداد جواب‌های غیرمغلوب نهائی………………………………………………………….. 71

2-5-5- فاصله گذاری……………………………………………………………………………………. 71

2-5-6- گسترش………………………………………………………………………………………….. 72

2-5-7- سرعت همگرائی……………………………………………………………………………….. 73

2-5-8- منطقه زیر پوشش دو مجموعه……………………………………………………………….. 73

2-6- جمع بندی……………………………………………………………………………………………….. 74

فصل سوم: مدل سازی مسأله و توسعه الگوریتم‌ها                                                 76

3-1- مسأله موردتحقیق……………………………………………………………………………………….. 77

3-2- طراحی الگوریتم‌ها……………………………………………………………………………………… 81

3-2-1- تطبیق الگوریتم‌ها با مسئله موردبررسی…………………………………………………….. 81

3-2-1-1- ساختار حل‌ها…………………………………………………………………………… 81

3-2-1-2- معیار توقف……………………………………………………………………………… 82

3-2-2- تطبیق الگوریتم NSGA-II برای مسئله موردبررسی………………………………….. 83

3-2-3- تطبیق الگوریتم CNSGA-II برای مسئله موردبررسی……………………………….. 84

3-2-4- تطبیق الگوریتم NRGA برای مسئله موردبررسی……………………………………… 85

3-2-5- تطبیق الگوریتم MISA برای مسئله موردبررسی……………………………………….. 85

3-2-6- تطبیق الگوریتم VIS برای مسئله موردبررسی…………………………………………… 85

3-2-7- تطبیق الگوریتم NNIA برای مسئله موردبررسی……………………………………….. 86

فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده‌ها                                                                   87

4-1- تولید مسأله نمونه……………………………………………………………………………………….. 88

4-2- اندازه گیری عملکرد الگوریتم‌ها براساس معیارها………………………………………………… 89

4-3- تجزیه و تحلیل نتایج………………………………………………………………………………….. 92

فصل پنجم: نتیجه گیری و مطالعات آتی                                                            100

5-1- نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………….. 101

5-2- مطالعات آتی………………………………………………………………………………………….. 102

فهرست منابع و مراجع                                                                                103

پیوست الف: محاسبه معیارهای هشت گانه برای الگوریتم های استفاده شده                  105

پیوست ب: نمودارهای بدست آمده از تجزیه و تحلیل نتایج                                    113

پیوست ج: یک نمونه مسئله حل شده توسط الگوریتم NSGA-II                           118

پیوست د: کد برنامه نویسی الگوریتم NSGA-II در محیط MATLAB                  123

فهرست اشکال

شکل 2-1- مدل پایه‌ای صف………………………………………………………………………………… 36

شکل 2-2- مجموعه حل‌های غیرمغلوب………………………………………………………………….. 41

شکل 2-3- نمایشی از نحوه عملکرد NSGA-II……………………………………………………… 43

شکل2-4- الگوریتم NRGA………………………………………………………………………………. 47

شکل 2-5- سلول B، آنتی ژن، آنتی بادی، اپیتوپ، پاراتوپ و ادیوتوپ…………………………… 50

شکل 2-6- فلوچارت الگوریتم MISA………………………………………………………………….. 57

شکل 2-7- یک شبکه تطبیقی برای رسیدگی به حافظه ثانویه………………………………………… 60

شکل 2-8- فلوچارت الگوریتم VIS……………………………………………………………………… 62

شکل 2-9- تکامل جمعیت NNIA……………………………………………………………………….. 65

شکل 2-10- نمایش حل‌های مناسب……………………………………………………………………… 69

شکل 2-11- مساحت زیر خط رگرسیون………………………………………………………………… 70

شکل 2-12- بیشترین گسترش……………………………………………………………………………… 73

شکل 3-1- مکانیسم عملگر تقاطع…………………………………………………………………………. 83

شکل 4-1- نمودار همگرایی الگوریتم‌ها براساس شاخص MID…………………………………… 90

شکل 4-2- نتیجه بدست آمده از آنالیز واریانس برای معیار تعداد جواب‌های غیرمغلوب………. 94

شکل 4-3- نتیجه بدست آمده از آزمون توکی برای معیار تعداد جواب‌های غیرمغلوب…………. 95

شکل 4-4- نتیجه به دست آمده از آنالیز واریانس برای تعداد جواب‌های غیرمغلوب…………… 97

فهرست جداول

جدول 4-1- مشخصات هر نمونه…………………………………………………………………………… 88

جدول 4-2- گروه بندی الگوریتم‌ها براساس معیار تعداد جواب‌های غیرمغلوب…………………. 96

جدول 4-3- مقایسه الگوریتم‌ها ازنظر معیارهای مختلف و در حالت‌های گوناگون……………… 98

جدول 4-4- متوسط معیارهای الگوریتم‌ها و رتبه بندی الگوریتم‌ها براساس آن      99

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.