[摘要] 本文論述了基于量子遺傳算法的批發(fā)配送中心系統(tǒng)的解決方案和基于PB的設(shè)計(jì)理念、基于C/S的系統(tǒng)軟硬件的整體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)技術(shù)。研究了量子遺傳算法的發(fā)展現(xiàn)狀，運(yùn)用量子遺傳算法來解決配送中心管理系統(tǒng)中的成本問題，在應(yīng)用程序中進(jìn)行資源控制，設(shè)計(jì)了安全認(rèn)證模式，并以每個(gè)人的身份進(jìn)行系統(tǒng)權(quán)限的分配，進(jìn)行了與企業(yè)運(yùn)營成本有關(guān)的優(yōu)化，包括裝配車優(yōu)化等。最后對開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行了具體的性能和實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面的分析。該系統(tǒng)已在某公司應(yīng)用至今，取得了較好效果。

[關(guān)鍵詞] PB MS-SQL 量子遺傳算法 運(yùn)輸成本

現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展帶動(dòng)了傳統(tǒng)物流向現(xiàn)代物流的轉(zhuǎn)化，互聯(lián)網(wǎng)的普及更是促進(jìn)了現(xiàn)代物流的巨大進(jìn)展。物流管理與作業(yè)的信息化水平的高低已經(jīng)成為區(qū)別現(xiàn)代物流與傳統(tǒng)物流的重要標(biāo)志之一。在研究和吸收國外物流的成功經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的同時(shí)，本文根據(jù)寧波某配送中心的實(shí)際情況，提出和實(shí)現(xiàn)適合了適應(yīng)行業(yè)需求的信息系統(tǒng)構(gòu)架。從總體設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面詳細(xì)介紹了基于量子遺傳算法的信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

一、總體設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)管理平臺(tái)采用基于C/S的集中式組織模型，由運(yùn)行在服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器以及運(yùn)行在客戶端的客戶機(jī)三部分組成，該系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖所示。

圖 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的主要工作是進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理。服務(wù)器接口的主要功能是負(fù)責(zé)應(yīng)用服務(wù)器與客戶端的網(wǎng)絡(luò)通迅工作。客戶端接口的功能主要是負(fù)責(zé)客戶端程序與服務(wù)器接口之間的網(wǎng)絡(luò)通迅工作。

二、功能設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)采用自頂向下、逐步求精的建模思路和模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)模塊(子系統(tǒng))完成一項(xiàng)大的業(yè)務(wù)功能，便于針對不同的企業(yè)要求而進(jìn)行功能模塊的添加和刪除。

1.基本信息管理子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)最基本，也是最重要的一個(gè)功能模塊，它包含了跟企業(yè)有關(guān)的所有信息的管理和統(tǒng)計(jì)。

2.發(fā)貨單管理是整個(gè)運(yùn)輸管理的起點(diǎn)，發(fā)貨單編號也是表明一筆業(yè)務(wù)的主要標(biāo)識 (主Key)，采用系統(tǒng)自動(dòng)采集的方法，整個(gè)編號的編制根據(jù)具體企業(yè)而不同。

3.倉庫管理是較復(fù)雜的一個(gè)子系統(tǒng)，對于以倉儲(chǔ)為主的物流企業(yè)，要考慮自動(dòng)化倉庫設(shè)施、自動(dòng)搬運(yùn)車系統(tǒng)等等。倉庫管理系統(tǒng)要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際倉儲(chǔ)狀況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)框架的主要特色有：以實(shí)際配送系統(tǒng)運(yùn)作中的每項(xiàng)業(yè)務(wù)為最小設(shè)計(jì)模塊，以滿足當(dāng)企業(yè)業(yè)務(wù)重新調(diào)整、工作流改變時(shí)的不同需要；以作業(yè)流程最優(yōu)化為設(shè)計(jì)目標(biāo)，考慮一切與企業(yè)有關(guān)的優(yōu)化問題，如最優(yōu)路徑選擇、最優(yōu)配車等；以人為最小設(shè)計(jì)單元，按員工身份進(jìn)行系統(tǒng)權(quán)限分配；建立基于量子遺傳算法的配送車輛的優(yōu)化調(diào)度。

三、關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的功能模塊作為系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的實(shí)體，負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)具體功能的實(shí)現(xiàn)及系統(tǒng)日常維護(hù)事務(wù)處理。這里主要對功能模塊在實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行闡述。

1.基于量子遺傳算法的調(diào)度優(yōu)化配置。量子遺傳算法是量子計(jì)算與遺傳算法相結(jié)合的產(chǎn)物。目前，這一領(lǐng)域的研究主要集中在兩類模型上:一類是基于盤于多宇宙特征的多宇宙量子衍生遺傳算法(QuantumInspired Genetic Algorithm)，另一類是基于量子比特和量子態(tài)疊加特性的遺傳量于算法(Genetic Quantum Algorithm，GQA)。前者的貢獻(xiàn)在于將量子多宇宙的概念引入遺傳算法，利用多個(gè)宇宙的并行搜索，增大搜索范圍，利用宇宙之間的聯(lián)合交叉，實(shí)現(xiàn)信息的交流，從而整體上提高算法的搜索效率。但算法中的多宇宙是通過分別產(chǎn)生多個(gè)種群獲得的，并沒有利用量子態(tài)，因而仍屬于常規(guī)遺傳算法。后者將量子的態(tài)矢量表達(dá)引入遺傳編碼，利用量子旋轉(zhuǎn)門實(shí)現(xiàn)染色體的演化，實(shí)現(xiàn)了比常規(guī)遺傳算法更好的效果。但該算法主要用來解決0－1背包問題。編碼方案和量子旋轉(zhuǎn)門的演化策略不具有通用性，尤其是由于所有個(gè)體都朝向一個(gè)目標(biāo)演化，如果沒有交叉操作，極有可能陷入局部最優(yōu)。量子遺傳算法采用多態(tài)基因量子比特編碼方式和通用的量子旋轉(zhuǎn)門操作，引入動(dòng)態(tài)調(diào)整旋轉(zhuǎn)角機(jī)制和量子交叉，更加具有通用性，而且效率更高。算法中將所有的個(gè)體按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的子群體，稱為宇宙；采態(tài)基因量子比特編碼方式來表達(dá)宇宙中的個(gè)體；采用通用的量子旋轉(zhuǎn)門策略和動(dòng)態(tài)調(diào)整旋轉(zhuǎn)角機(jī)制對個(gè)體進(jìn)行演化；各宇宙獨(dú)立演化，這樣可以擴(kuò)大搜索范圍，宇宙之間采用最佳移民，量子交叉和量子變異操作來交換信息，是算法的適應(yīng)性更強(qiáng)，效率更高。

為了便于驗(yàn)證結(jié)果，現(xiàn)用最簡單8個(gè)配送點(diǎn)的例子，并且直接給出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以簡化，如表1～表3所示。車輛轉(zhuǎn)載限制:10t；時(shí)間懲罰系數(shù)100/h。

表1 配送任務(wù)（其中0表示配送中心）

表2 各點(diǎn)之間的費(fèi)用成本

采用輪盤賭帶最佳保留復(fù)制、最大保留交叉、反轉(zhuǎn)變異的算法，軟時(shí)間窗約束。染色體條數(shù)：20;交叉率：0.75;變異率：0.25。

表3 計(jì)算結(jié)果

綜上所述，根據(jù)量子遺傳算法的特點(diǎn)，通過分析車輛運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況，將影響配送車輛調(diào)度的多項(xiàng)指標(biāo)和約束轉(zhuǎn)化為染色體適應(yīng)度，減少了系統(tǒng)的復(fù)雜度，并設(shè)計(jì)了能夠進(jìn)行實(shí)際調(diào)度的算法，并加以驗(yàn)證，結(jié)果表明算法收斂，能夠很快得到較優(yōu)化的結(jié)果。

2.數(shù)據(jù)傳輸。在PowerBuilder中，一個(gè)分布式的服務(wù)程序又可以是另外一個(gè)服務(wù)程序的客戶端，這就是所謂的N級解決方案，在這種結(jié)構(gòu)中，客戶機(jī)和服務(wù)器建立會(huì)話，這個(gè)服務(wù)器又可以與另一個(gè)服務(wù)器會(huì)話，于是結(jié)成一個(gè)網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)。

在服務(wù)器和客戶機(jī)上，分別裝有客戶端應(yīng)用程序，在服務(wù)器端，有一個(gè)服務(wù)端應(yīng)用程序?yàn)榭蛻舫绦蛱峁┓?wù)。

第一步，我們啟動(dòng)服務(wù)器，讓它去偵聽是否有客戶端請求。這是初始化Transport對象，Listen函數(shù)開始活動(dòng)。

第二步，客戶機(jī)調(diào)用ConnectToServer函數(shù)。如果返回值正確，說明Connection對象初始化完成了。接著，ConnectToServer函數(shù)在服務(wù)端創(chuàng)立了客戶虛擬機(jī)。服務(wù)端為它開辟一塊內(nèi)存，這是一個(gè)獨(dú)立的工作環(huán)境，它可以想象成服務(wù)端開啟了一個(gè)新的線程或新的進(jìn)程。

然后，代理對象調(diào)用SetConnect函數(shù)，為代理設(shè)置Connect對象。Connect對象通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給Transport對象一個(gè)鏈接消息，Transport正在用Listen函數(shù)偵聽這個(gè)消息，于是在服務(wù)端初始化了NVO對象。隨后，這兩個(gè)客戶機(jī)在服務(wù)器中創(chuàng)立了兩個(gè)服務(wù)線程，它們相互獨(dú)立，各有兩個(gè)不同的內(nèi)存區(qū)域，不同的工作環(huán)境。因此，當(dāng)一個(gè)服務(wù)線程發(fā)生運(yùn)行錯(cuò)誤時(shí)，不會(huì)影響另外一個(gè)服務(wù)線程。

最后，客戶端的Connect對象調(diào)用DisConnectServer函數(shù)，斷開與服務(wù)器的鏈接。服務(wù)器接收到斷開鏈接的消息后，就會(huì)中止由ConnectToServer所創(chuàng)立的服務(wù)線程，把這個(gè)線程所占的內(nèi)存區(qū)域釋放掉。

3.數(shù)據(jù)庫及終端管理的實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)需求分析建立用戶數(shù)據(jù)表如下：

表4 用戶數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)

該數(shù)據(jù)表存放在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，所有的終端用戶登錄系統(tǒng)時(shí)都通過該數(shù)據(jù)表進(jìn)行驗(yàn)證。這樣的配置方式可以避免后端有多個(gè)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)時(shí)還需進(jìn)行邏輯判定，同時(shí)也可以避免后端業(yè)務(wù)系統(tǒng)沒有相應(yīng)的數(shù)據(jù)表時(shí)無線應(yīng)用系統(tǒng)還能獨(dú)立的運(yùn)行。該數(shù)據(jù)表通過系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)模塊建立和管理。如果后端應(yīng)用系統(tǒng)有統(tǒng)一的用戶數(shù)據(jù)表，則可以設(shè)法與之同步。向后端業(yè)務(wù)系統(tǒng)提交用戶數(shù)據(jù)時(shí)采用：user_id+user_name的方式。后端業(yè)務(wù)系統(tǒng)根據(jù)各自的具體情況提取相應(yīng)的字段進(jìn)行處理，用戶數(shù)據(jù)庫同步的業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以使用user_id字段，不同步的直接使用user_name字段。只有branch和authority都相符的用戶才能進(jìn)入相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)。

上述表格的結(jié)構(gòu)建立完成后，我們通過對各項(xiàng)后臺(tái)業(yè)務(wù)管理需求的數(shù)據(jù)滿足性分析描述，論證數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的合理性和可行性。

本文提出的面向配送中心管理系統(tǒng)的物流信息系統(tǒng)的構(gòu)架，對我國在這一領(lǐng)域的研究和快速轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用成果有很大的促進(jìn)作用。而且系統(tǒng)采用了基于PB的C/S結(jié)構(gòu)，突破了應(yīng)用系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的己有模式，為企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建又多加了一種選擇模式。目前，系統(tǒng)已經(jīng)全部設(shè)計(jì)和開發(fā)完畢，并且經(jīng)過系統(tǒng)的代碼維護(hù)和安裝、現(xiàn)場調(diào)試階段，達(dá)到了所要求的。

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