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基于贪心算法的城市生活垃圾收运路线优化

更新时间:2016-07-05

城市化进程中,城区范围不断扩大,城市生活垃圾量不断攀升,垃圾收运的范围也随之扩大,对社会系统造成的压力日益凸显。因此,在这种大区域的环境下有必要对垃圾车的收运路线进行合理优化,减少对城市交通产生的压力,降低垃圾对环境产生的污染,节约运输费用、提高工作效率。据统计,城市生活垃圾收集及运输的费用占整个处理系统费用的40%~50%[1]。李鹏飞等[2]用改进蚁群算法和改进遗传算法对秦皇岛市开发区生活垃圾站选址与收运路线进行了设计。文献[3-5]中用遗传算法及蜂群优化算法优化城市生活垃圾收运路线。垃圾车收运路线问题是经典的旅行商问题(TSP问题)[6-9]。以下根据相关的统计数据,用贪心算法对某市城市生活垃圾收运路线进行优化。

1 数据预处理

根据统计数据,该区域垃圾收集点数量为275个,小于每辆垃圾车每天最多经过的垃圾收集点个数500个,该行政区域内所有垃圾收集点每天产生的垃圾总量为1 630 m3,小于每辆垃圾车每天的负载总量1 682 m3(垃圾车的最大装载量153 m3)。因此,可以判断该行政区每天需要1辆垃圾收集车完成垃圾收运任务。

根据各车库、垃圾收集点、垃圾中转站的位置数据用matlab绘制拓扑分布,见图1。

图1 垃圾收集点、车库和中转站的拓扑分布 Fig.1 Topology distribution graph of waste collection point, garage and transfer station

2 模型的建立及求解

在不考虑垃圾收集车最大载重的情况下,求解垃圾收运路线问题也就变成了从一点出发,遍历区内所有垃圾收集点,最后回到起点的最短路径问题,即旅行商问题(TSP问题)。

用贪心算法求解,即运输车出发前,选择与车库最近的一个收集点,开往此收集点,并将车库与其他收集点之间的距离设为无穷远,再以此收集点为起点,寻找最近垃圾未被收集的收集点,如此反复,直到达到运输车的最大运输量,立即到中转站处理垃圾后等待,不停地派出收集垃圾的车辆,直到所有垃圾收集点的垃圾收集完毕,运输车再从中转站回到车库,见图2。

根据图论相关知识,把垃圾收集点抽象为点,2点之间的距离抽象为邻接矩阵边的权值,形成包含垃圾收集点、车库和中转站的邻接矩阵。贪心算法的策略是在每个点相邻的点中寻找与该点距离最近的点,通过寻找局部最短路径找到经过所有垃圾收集点的最短路径,但这种贪心策略并不一定得到全局最优解。

此外,由于人工智能创新方案被应用于医疗领域,因此,客体审查还涉及《专利法》第25条第1款第(三)项的适用,即判断请求保护的方案是否属于“疾病的诊断和治疗方法”。如果请求保护的方案不属于《专利法》第25条排除的不予保护的对象,则进一步判断其是否符合《专利法》第2条第2款所规定的技术方案。

为此考虑模型的改进,取每个收集点处的垃圾量,作为邻接矩阵的权值,实施贪心策略,采用垃圾的收集点间的距离的增长速率和运输车的剩余载重量的减少速率之间取得平衡的度量标准,即按照2点间的距离与其中一点垃圾量的比值非递增的次序考虑运输车的行驶路径的选择,通过分析知贪心策略更有可能得到最优解。

——以农为本,多元发展。坚持以农民为受益主体,以农业农村为基本依托,尊重农民意愿,注重农民的全过程参与,调动农民积极性与创造性,加大政府的支持和引导力度,吸引更多的社会资本和经营主体投入乡村旅游的发展,释放乡村旅游发展活力。

dis tan ce(x,y)=|x1-x2|+|y1-y2|,

其中:x=(x1,y1),y=(x2,y2)。

运用贪心算法求解最短路径问题,得到了较好的结果。

图2 局部垃圾收集点的确认流程 Fig.2 The flow chart of the confirmation of local garbage collecting point

运用Matlab软件求得结果,见表1,其中1-275分别代表各垃圾收集点的序号,如垃圾收运车第1次行车路线为先后收运第94、114、179、162、150、151、174、170、122、107、118、144、128、102、167、116、96、164、166、161、92、120、125、141、145、173、100号垃圾收集点的垃圾,其他路线以此类推。

评价:问题中的最短路径模型,采用的是贪心法建模,模型不一定是最优结果,只能说明所求的结果为接近或逼近最优的结果,使得运输车所行使的路程最短。用这种方法我们可以探索问题的最优解。

表1 垃圾车行驶路线

Table 1 Route of garbage truck

次序行车路线第1次94-114-179-162-150-151-157-174-170-122-107-118-144-128-102-167-116-96-164-166-161-92-120-125-141-145-173-100第2次155-196-207-198-200-209-183-203-204-88-143-192-131-101-95-176-113-93-126-163-177-106-119-103-136-129-138-112-180第3次156-137-111-110-104-140-123-139-115-147-149-172-148-172-148-181-146-87-109-159-89-178-98-97-99-121第4次169-133-165-134-160-86-175-132-142-154-152-158-171-153-168-117-130-189-205-202-190-187-201-185-194-206-184-211第5次124-135-105-108-186-197-195-199-212-182-188-193-191-85-43-69-72-40-78-42-61-60-64-30-36-45-83-34-73-66第6次208-4-3-2-23-21-18-27-17-5-20-127-19-11-8-258-263-268-216-266-240-264-273-236-242-219第7次48-38-56-80-71-65-37-75-31-54-39-49-67-47-68-90-28-25-81-51-35-41-63-41-63-24-33-55-91第8次6-12-14-16-22-10-9-15-7-13-244-82-255-267-256-221-241-239-213-222-265-225-228-227-224第9次220-238-261-229-234-215-260-214-274-248-231-259-249-230-233-232-223-245-210-243-217-252-276-247-246第10次270-250-218-235-254-257-251-272-271-253-237-262-226-269-275-74-46-26-70-32-79-52-77-59第11次58-44-76-53-29-62-50-57

3 模型的适应性、算法的稳定性和鲁棒性分析

4月19日,水利部部长、部抗震救灾领导小组组长陈雷主持召开水利部抗震救灾领导小组第二次全体会议,认真学习贯彻4月17日中共中央政治局常委会议重要部署和胡锦涛总书记关于抗震救灾的重要指示精神,进一步安排部署下一步水利抗震救灾工作。

2.4.2 相似度评价 采用《中药色谱指纹图谱相似度评价系统(2004 A)》,以生成的HPLC对照指纹图谱为对照,进行整体相似度评价。结果显示,69批药材样品中,除6批的相似度小于0.900外,其余63批的相似度均大于0.900,表明大部分药材样品间差异较小、质量稳定性较好,详见表3。

[3] 吴勇刚,徐香新,刘梅,等.基于遗传算法的最优城市垃圾收运路线探究[J].计算机仿真,2012,29(4):259-262.

[2] 李鹏飞,孟祥龙,李晓奇,等.基于改进智能算法的秦皇岛市开发区生活垃圾站选址与收运路线设计[J].生物数学学报,2013,28(3):527-534,312.

4 模型的评价与改进

用矩阵记录垃圾车的收运路线,并把结果用表1呈现。由表1可知经过11次收运,垃圾收运车收运完该区域的所有垃圾,并得该区域的最短行驶路程为139.33 m。

改进:采用的曼哈顿距离不够精确,实际应用过程中可以采用精度更好的欧氏距离或者切比雪夫距离。由于遗传算法本身带有一定的系统误差,使用中应将遗传算法加以改进以减少误差。

参考文献

[1] 宋薇,刘建国,聂永丰.城市生活垃圾收运路线优化研究[J].环境卫生工程,2008,16(1):11-12,15.

(2)为了讨论算法的稳定性和鲁棒性,我们调整了几个收集点的数据,进行再次模拟,也得到了较好的结果。例如将车库的坐标进行了修改,得到的结果波动性受车库坐标修改的影响相应的改变,符合实际情况,说明本算法具有较好的稳定性和鲁棒性。

垃圾收集点之间的距离使用曼哈顿(Manhattan)距离计算。曼哈顿距离又称出租车距离,即2点在南北方向上的距离加上在东西方向上的距离。对于1个具有正南正北、正东正西方向规则布局的城镇街道,从一点到达另一点的距离正是在南北方向上旅行的距离加上在东西方向上旅行的距离,即

(1)模型针对的是经典的TSP问题,对所给的数据没有任何要求,无论给出的点的数量及相互之间的距离关系如何,都可以求解。因此,本模型具有良好的适应性。

[4] 王亚洁,贾顺平,蒋金亮.城市生活垃圾收运路线优化模型及算法研究[J].重庆交通大学学报:自然科学版,2012,31(5):1023-1026.

[5] 雷悦,杨若凡,马慧民.垃圾收运路线问题的蜂群优化算法研究[J].计算机仿真,2014,31(9):441-444.

通过对比表1和表2可知,截止到2017年,深圳和广州的GDP增量排名位列前两名,深圳大学和广州大学在学科建设、高级人才数量和在校生人数三个指标的综合发展指数排名也在前二;与之形成鲜明对比的是,韶关和汕头两个城市GDP发展相对缓慢,其各自所拥有的大学在综合发展指标排名的情况并不理想。其中,韶关学院是唯一一个存在专科层次培养任务的院校,汕头大学虽然具有较高的起点,但受到地方“束缚”,也呈现出明显的发展后劲不足的特点。

[6] 潘天洋.城市垃圾运输处理中运输规划的研究现状和方向[J].价值工程,2012,31(22):299-301.

[7] 王龙,刘世于,胡建波.两种聚类模型在城市垃圾清运路径规划中的应用[J].湖北工程学院学报.2015,35(3):26-31.

音乐剧(戏剧)是演员在舞台上的表演,观众在舞台下只能从某一个角度观看,并且距离越远,越看不清楚演员的动作。因此,作为音乐剧(戏剧)演员舞台表演,要求动作的幅度一定要大,需要做得特别夸张,才能让全场的观众看的清楚、明白。

[8] 范柳斌,李路,陈妮娜,等.城市垃圾分类收运中的数学模型化方法[J].数学建模及其应用,2012,1(2):19-28.

[9] 刘育兴,钟剑.垃圾运输问题的模型及其求解[J].赣南师范学院学报,2006,27(3):52-55.

多项选择任务是一种多用途的研究工具,可以用来提取语用表达、语用理解和元语用评价等方面的信息。这种方法一般采用问卷的形式,每题有一段简短的情景描述,不要求被试自己提供回应,但要求被试从给出的一系列选项中(三到六个不等,有时更多)选出他们认为最适合该情景的话语。

肖帆
《甘肃科学学报》 2018年第02期
《甘肃科学学报》2018年第02期文献

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