لینک دانلود

کد متلب و فایل word پایان نامه

بهینه سازی چند هدفی مدل جانمایی تسهیلات با سرویس دهندگان ثابت و تقاضای تصادفی مشتریان با استفاده از الگوریتم‌های فرا ایتکاری

لینک دانلود

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 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 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، الگوریتم‌های 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 ليتِل 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- روش‌هاي اندازه گيري عملکرد الگوريتم‌هاي 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 گيري عملکرد الگوريتم‌ها 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 الگوریتم‌های 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

 

تعریف مسأله

1-1- مقدمه

با رشد روز افزون معاملات تجاری در سطح جهان و در سال‌های اخیر، ظهور پدیده تجارت الکترونیک و بانکداری الکترونیک به عنوان بخش تفکیک ناپذیر از تجارت الکترونیک مطرح شد. بانکداری الکترونیک اوج استفاده از فناوری انفورماتیک و ارتباطات و اطلاعات برای حذف دو قید زمان و مکان از خدمات بانکی است. ضرورت یک نظام بانکی کارامد برای حضور در بازارهای داخلی و خارجی ایجاب می‌کند تا بانکداری الکترونیک نه به عنوان یک انتخاب، بلکه ضرورت مطرح شود. امروزه پایانه فروش، پایانه شعب، دستگاه‌های خودپرداز و … نماد بانکداری الکترونیک است و یافتن مکان بهینه برای این پایانه‌ها و دستگاه‌ها می‌تواند نقش مهمی‌در حضور یک بانک یا مؤسسه در بازارهای داخلی و خارجی داشته باشد [1].

1-2- مکانیابی تسهیلات

فرض کنید که یک شرکت رسانه‌ای می‌خواهد که ایستگاه‌های روزنامه را در یک شهر ایجاد کند. این شرکت در حال حاضر جایگاه‌هایی را به صورت بالقوه در شهرهای همسایه اش مشخص کرده‌است و هزینه ایجاد و نگهداری یک جایگاه را می‌داند. همچنین فرض کنید که تقاضای روزنامه در هر شهر همسایه مشخص است. اگر این شرکت بخواهد تعدادی از این ایستگاه‌ها را ایجاد کند، باتوجه به مینیمم کردن کل هزینه‌های ایجاد و نگهداری این ایستگاه‌ها و همچنین متوسط مسافت سفر مشتریان، این ایستگاه‌ها در کجا باید واقع شوند؟
سؤال قبل یک مثال از مسأله مکانیابی تسهیلات بود. مکانیابی تسهیلات یعنی اینکه مجموعه‌ای از تسهیلات (منابع) را به صورت فیزیکی به گونه‌ای در یک مکان قراردهیم که مجموع هزینه برآورده کردن نیازها (مشتریان) باتوجه به محدودیت‌هایی که سر راه این مکانیابی قرار دارد، مینیمم گردد.
از سالهای 1960 به این طرف مسائل مکانیابی یک جایگاه ویژه‌ای را در حیطه تحقیق در عملیات اشغال کرده‌اند. آنها وضعیت‌های مختلفی را درنظر گرفته‌اند که می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد: تصمیم گیری در مورد مکان کارخانجات، انبارها، ایستگاه‌های آتش نشانی و بیمارستان‌ها.
به طور اساسی، یک مسأله مکانیابی بوسیله چهار عنصر زیر توصیف می‌شود:
• مجموعه‌ای از مکانها که در آن‌ها، تسهیلات ممکن است ایجاد یا باز شوند. برای هر مکان نیز بعضی اطلاعات درمورد هزینه ساخت یا باز نمودن یک تسهیل در آن مکان مشخص می‌شود.
• مجموعه‌ای از نقاط تقاضا (مشتریان) که برای سرویس دهی به بعضی از تسهیلات اختصاص داده شوند. برای هر مشتری، اگر بوسیله یک تسهیل معینی خدمت‌رسانی شود، بعضی اطلاعات راجع به تقاضایش و درمورد هزینه یا سودش بدست می‌آید.
• لیستی از احتیاجات که باید بوسیله تسهیلات بازشده و بوسیله تخصیص نقاط تقاضا به تسهیلات برآورده شود.
• تابعی از هزینه یا سودهایی که به هر مجموعه از تسهیلات اختصاص پیدا می‌کند.
پس هدف این نوع مسائل، پیدا کردن مجموعه‌ای از تسهیلات است که باید باتوجه به بهینه کردن تابع مشخصی باز شوند.
مدل‌های مکانیابی در یک زمینه گسترده از کاربردها استفاده می‌شود. بعضی از این موارد شامل موارد ذیل است: مکانیابی انبار در زنجیره تأمین برای مینیمم کردن متوسط زمان فاصله تا بازار؛ مکانیابی سایت‌های مواد خطرناک برای مینیمم کردن درمعرض عموم قرار گرفتن؛ مکانیابی ایستگاه‌های راه آهن برای مینیمم کردن تغییرپذیری زمان بندی‌های تحویل بار؛ مکانیابی دستگاه‌های خودپرداز برای بهترین سرویس دهی به مشتریان بانک و مکانیابی ایستگاه‌های عملیات تجسس و نجات ساحلی برای مینیمم کردن ماکزیمم زمان پاسخ به حادثه‌های ناوگان دریایی. با اینکه این پنج مسأله توابع هدف مختلفی دارند، همه این مسائل در حوزه مکانیابی تسهیلات واقع می‌شوند. درواقع، مدل‌های مکان‌یابی تسهیلات می‌توانند در موارد ذیل متفاوت باشند: توابع هدفشان، معیارهای فاصله‌ای که به کار می‌برند، تعداد و اندازه تسهیلاتی که قرار است مکانیابی شوند و چندین معیار تصمیم گیری مختلف دیگر. بسته به کاربرد خاص هر مسأله، درنظرگرفتن این معیارهای مختلف در فرموله کردن مسأله، منتهی به مدل‌های مکانیابی بسیار متفاوتی خواهدشد.

1-3- بیان مسأله

هدف از اجرای این تحقیق، مکان‌یابی سیستم‌های خدمات رسانی ثابت با ظرفیت خدمت محدود می‌باشد. یعنی دستگاه‌های خدمت‌رسان به چه تعداد و در چه محل‌هایی استقرار یابند و چه مراکز تقاضایی به این دستگاههای خدمت‌رسان تخصیص یابند. در چنین سیستم‌هایی، زمانی که برای انجام سرویس موردنیاز است تصادفی است و همچنین تقاضای انجام خدمت در نقاط تصادفی از زمان می‌رسند که این تقاضا از جمعیت بزرگی از مشتریان سرچشمه می‌گیرد و معمولاً این سرویس‌دهی در نزدیک ترین تسهیل انجام می‌شود. چنین سیستم‌های خدمت‌رسانی، سیستم‌های صف را تشکیل می‌دهند. مدل‌های مختلفی برای حل این مسائل مکان‌یابی سیستم صف ارائه شده‌است.
دو ناحیه کاربردی وجود دارد که ما با این مدل‌ها روبه رو می‌شویم [4]: اولی در طراحی سیستم ارتباط کامپیوتری مانند اینترنت می‌باشد. در یک سیستم ارتباط کامپیوتری، ترمینال‌های مشتری (کاربران اینترنت) به کامپیوترهای میزبان (سرورهای پروکسی، سرورهای آینه) وصل می‌شوند که قابلیت پردازش بالا و/یا پایگاه داده‌های بزرگ میزبان دارند. زمانی که طول می‌کشد تا سرور درخواست را پردازش کند بستگی به سرعت پردازش سرور و و نوع درخواست دارد که آن هم تصادفی است. زمانی که مشتری برای پاسخ سرور منتظر می‌ماند نیز بستگی به تعداد و اندازه درخواست‌های داده‌ای است که در حال حاضر در صف هستند. به طور کلی، درخواست‌های مشتری‌ها به نزدیکترین سرور وصل می‌شود. این مکان و ظرفیت سرورها، پارامترهای طراحی بحرانی هستند. این انتخاب پارامترها تأثیری قابل توجه روی کیفیت خدمات دارد، به طوری که بوسیله یک مشتری درک می‌شود.