基于绒泡菌网络和蚁群的物流配送线路优化算法

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1、第1章绪论当今社会，电子商务发展迅速，人们不需跋山涉水，只需轻点鼠标，即可完成一笔笔商品交易。各种商品，通过互联网订购并于付款，再通过物流将商品交付至客户，完成整个交易过程。如何让客户更快速地获得订购的商品，缩短整个商品交易的生命周期，物流所用时间成为其中的重中之重。研究表明，通过物流网络规划可以优化物流系统，缩短商品交易生命周期，在电子商务中起着重要作用。如何利用绒泡菌网络生长过程中体现的良好的容错性、优秀的鲁棒性以及高效的运输能力来进行物流配送网络的优化是本文研究的主要问题。本章首先介绍物流配送网络优化问题研究背景

2、和意义，然后详细介绍物流配送网络优化问题、蚁群优化算法以及绒泡菌网络的研究现状，最后简要介绍本文的研究内容和主要组织结构。1．1研究背景和意义物流，作为“第三利润源泉”，其现代化水平是反映一个国家现代化程度和综合国力的重要标志⋯。商务部发布《商务部“十二五”电子上午发展指导意见》中提到：2010年，应用网上交易和网络营销的中小企业比例达到42．1％，第三方支付额达到1．01万亿人民币，社会物流总额达到125．4万亿人民币，全国规模以上快递服务企业业务量达23．4亿件【2J。国家统计局发布的2012年统计公报显示，我国互

3、联网上网人数达到5．64亿人，普及率达到42．1％，邮政业务增长26．7％t31。这些数据表明我国正在进入电子商务的大时代，物流行业必将迎来又一轮的大发展。随着物流相关理论的发展，为实现物资的空间效益和时间效益，同时为了实现各种物流环节的合理衔接而取得最佳的经济效益，物流系统的概念因此而诞生。物流系统要求在一定条件下，达到物流总费用最省、顾客服务水平最好、全社会经济效益最高的综合目标【4】。可以说，物流系统是一个复杂的多目标函数系统，在众多的约束条件之下达到宏观或者微观上的经济效益。随着现代经济的急速发展，现代物流也出

4、现了诸多问题，如物流过程复杂、物流时间延长、物流成本增加等。物流的效率、成本都直接受限于物流配送的网络结构，物流配送网络的优化设计对于企业经营和向顾客提供服务的能力和成本，都起着重要的影响【5J。因此，为获得最大经济效益，常需要对物流系统进行优化，而物流配送网络的规划更是其中一项重要而复杂的工作。物流配送网络规划的主要工作是确定一个以制造商为产品的出发点、以最终消费者客户为产品的终止点的流通网络结构，其中包括产品数量、库存容量、仓库数量以及配送工具等服务设施限制，如图1．1所示。物流配送网络规划常分为四西南大学坝士学位

5、论文步，①配送网络结构规划：确定商品从生产区域到消费区域的空间转移过程中运输和静止的控制策略与组织方式；②配送设施选址规划：根据消费者需求等条件，确定配送设施的数量和位置，从而降低运输成本；③配送线路规划：使用最少的动力、花费和环节确定配送线路；④运输优化：运输方式和商品搭载的优化。物流配送网络规划的四步中，第三步配送线路规划是物流配送网络优化的关键，也是科学家们研究的热点和难点问题。图1．1物流酉己送网络的三层结构网络规划优化问题，抽象为数学模型，大多为单目标优化问题或多目标优化问题。求解方法常用线性规划、整数规划及

6、动态规划等方法。在物流配送网络规划中，常见问题有简单产销平衡的运输问题、物流配送线路优化问题(如单回路运输问题TSP、车辆路径优化问题VehicleRoutingProblem等)、物流配送计划定制问题、设施选址问题等。针对简单产销平衡的运输问题等，使用线性或非线性规划法、动态规划法即可解决，而对于物流配送线路优化问题，如果使用常规动态规划算法求解，算法的时间复杂度将随着数据规模呈几何度攀升，于是人们开始尝试使用其他方法求解该类问题。随着人工智能学科的兴起，大量仿生算法如遗传算法、蚁群算法、鱼群算法、人工神经网络算法等

7、开始凸显它们在求解大规模复杂NP问题上的优势，同时也为物流配送线路优化问题的求解提供了一条有效的解决路径。近年来，研究者们已经将这些仿生智能算法(如遗传算法、人工神经网络算法、蚁群算法等)应用于物流配送网络的优化，并取得了较好的效果。Tero、Adamatzky等人在对多头绒泡菌(以下简称绒泡菌)的实验过程中发现，这种绒泡菌具有强大的分布式计算能力，在寻找食物的过程中会以其原生质伪足形成一个高效的运输网络，这个网络已经被证实具有较高容错性、健壮性和适应性。如果可以合理地利用这种网络的优化机制来对物流配送网络进行优化，那

8、么势必能够提高物流效率，减少物流成本。然而，Tero等人提出的数学模型常应用于交通网络规划以及复杂网络度中心第l苹绪论计算问题的求解，对于如何使用该模型求解组合优化问题的研究甚少。本文尝试将绒泡菌网络模型应用于物流网络规划当中，求解其中配送线路优化的组合优化问题。1．2研究现状1．2．1物流配送线路优化问题研究现状物流网络规划及优