馬松波

(平頂山中選自控系統(tǒng)有限公司，河南 平頂山 467000)

遺傳算法在配煤中的應(yīng)用

馬松波

(平頂山中選自控系統(tǒng)有限公司，河南 平頂山 467000)

簡(jiǎn)要介紹了遺傳算法，詳細(xì)闡述了如何建立基于遺傳算法的配煤模型。

遺傳算法；配煤；染色體

1 遺傳算法簡(jiǎn)介

遺傳算法首先產(chǎn)生一定數(shù)目的隨機(jī)解(即所謂的群體)，以此為基礎(chǔ)，開始搜索。每一組解稱為一個(gè)個(gè)體(即染色體)，每條染色體在遺傳過程中，通過交叉、變異、選擇等操作，生成下一代染色體，通過計(jì)算染色體適應(yīng)度的好壞來選擇再次進(jìn)行交叉、變異、選擇的染色體。這些染色體通過不斷迭代、遺傳、進(jìn)化，最終收斂于一組最優(yōu)解。在這個(gè)過程，用來對(duì)染色體進(jìn)行篩選的適應(yīng)度起到了關(guān)鍵作用，因此選擇一個(gè)好的適應(yīng)度函數(shù)來計(jì)算染色體的適應(yīng)度至關(guān)重要。

目前，通州道路交通環(huán)境日趨復(fù)雜，交通流量不斷增加，急需智能化的交通管理系統(tǒng)解決其交通需求和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要.

遺傳算法利用編碼技術(shù)與繁殖原理，能有效快速地搜索多維、高度非線性空間。在配煤模型中使用遺傳算法，可以全局、快速、并行地解出符合要求的配煤比[1]。

2 建立基于遺傳算法的配煤模型

配煤主要是根據(jù)混煤的特性，將幾種特性不同的煤種按照一定的比例混合起來，使混煤具有可用性、經(jīng)濟(jì)性。因此，設(shè)計(jì)該算法的最終目的就是解出一組最優(yōu)的配煤比例。我們將煤種的比值看作一個(gè)基因段，所有煤種的比值組成一個(gè)染色體。煤種的比值有4種表現(xiàn)形式(即遺傳算法中的編碼)：二進(jìn)制編碼、格雷碼編碼、實(shí)數(shù)編碼、符號(hào)編碼。在該算法中，我們采用實(shí)數(shù)編碼。實(shí)數(shù)編碼優(yōu)點(diǎn)如下：適用于數(shù)值變化范圍比較大的場(chǎng)合，有利于大空間搜索、簡(jiǎn)化算法等。

2.1 建立模型

院長(zhǎng)住在敬老院最東面的一個(gè)小獨(dú)院里，這個(gè)小院有數(shù)畝地大小，里面種滿了芹菜和大蔥菠菜之類的，還稀疏地種著幾棵柿子樹，院墻下種滿了竹子，還有幾棵高大的楸樹。這個(gè)獨(dú)院非常幽靜，平時(shí)，也沒人來這兒。老冬瓜一行人來的時(shí)候，院長(zhǎng)正在楸樹下喝茶。他躺在躺椅上瞇縫著雙眼。酒糟鼻子在細(xì)碎的燈光下櫻桃般紅紫。據(jù)張麻子說，院長(zhǎng)四細(xì)狗當(dāng)年做村長(zhǎng)的時(shí)候，就這德性，他喜歡躺在躺椅上看掉在地上的月光。

在遺傳算法中，我們假定染色體種群大小為M，每條染色體個(gè)體用y表示，則染色體種群為Y={y1，y2，…，yM}；每條染色體由若干個(gè)基因片段(即混煤的百分比)組成，在這里我們假定進(jìn)行配煤煤種數(shù)為N，則每條染色體的編碼為X={x1，x2，…，xN}。通過種群的多次交叉、變異、選擇后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)最優(yōu)染色體，即為該問題的最優(yōu)解。在這個(gè)過程中，我們需要先確定用來衡量染色體好壞的適應(yīng)度函數(shù)。適應(yīng)度函數(shù)主要包括煤的發(fā)熱量(Q)、揮發(fā)分(V)、灰分(A)、水分(H)、硫分(S)、價(jià)格(P)等參數(shù)，將這些參數(shù)放入適應(yīng)度函數(shù)中計(jì)算出來的值就是該條染色體的適應(yīng)度。

首先，需要計(jì)算出當(dāng)染色體為X時(shí)，混煤的發(fā)熱量(Q)、揮發(fā)分(V)、灰分(A)、水分(H)、硫分(S)、價(jià)格(P)等特性。

在該算法中我們使用的適應(yīng)度函數(shù)為：

2.2 建立評(píng)價(jià)機(jī)制

當(dāng)染色體為X時(shí)，混煤的某個(gè)特性或多個(gè)特性超出其指定范圍，用懲罰函數(shù)來降低該染色體的適應(yīng)度。發(fā)熱量懲罰函數(shù)值為CQ、揮發(fā)分懲罰函數(shù)值為CV、灰分懲罰函數(shù)值為CA、水分懲罰函數(shù)值為CH、硫分懲罰函數(shù)值為CS、價(jià)格懲罰函數(shù)值為CP。

當(dāng)混煤發(fā)熱量Q

4.注意，維修手冊(cè)上規(guī)定的旋緊螺紋件的扭矩是指干凈無油條件下。有油污的螺紋件即使按規(guī)定扭矩旋緊后，對(duì)零部件夾緊力仍可能不穩(wěn)定或不足。因此，除非維修手冊(cè)上另有規(guī)定，否則是指干燥干凈的螺紋。

當(dāng)混煤硫分S>Smax時(shí)，硫分懲罰函數(shù)值CS=S2，否則CS=0；

選煤廠煤泥水處理系統(tǒng)存在的問題與煤層頂?shù)装迥鄮r性質(zhì)密切相關(guān)。2009年7月對(duì)選煤廠部分環(huán)節(jié)的煤泥水性質(zhì)進(jìn)行了探索實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，煤泥水濃度過高，如果不加水稀釋，無論用什么藥劑都不能使其沉降。

當(dāng)混煤水分H>Hmax時(shí)，水分懲罰函數(shù)值CH=H2，否則CH=0；

當(dāng)混煤揮發(fā)分VVmax時(shí)，揮發(fā)分懲罰函數(shù)值CV=V2，否則CV=0；

當(dāng)混煤價(jià)格P>Pmax時(shí)，價(jià)格懲罰函數(shù)值CP=P2，否則CP=0。

當(dāng)前，國(guó)際安全形勢(shì)復(fù)雜多變，維護(hù)國(guó)家統(tǒng)一、領(lǐng)土完整和海洋權(quán)益任務(wù)艱巨，國(guó)防和軍隊(duì)建設(shè)進(jìn)入重要發(fā)展期，軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備也進(jìn)入深化拓展期。國(guó)防動(dòng)員系統(tǒng)深化改革，國(guó)防動(dòng)員組織指揮、領(lǐng)導(dǎo)管理和力量運(yùn)用發(fā)生變化，從而對(duì)國(guó)防動(dòng)員理論研究提出了更高要求。

2.3 選擇、交叉、變異

沙盤實(shí)訓(xùn)課程雖然類似于競(jìng)爭(zhēng)性游戲，但經(jīng)營(yíng)規(guī)則比較復(fù)雜，知識(shí)性較強(qiáng)。以企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理沙盤為例，各經(jīng)營(yíng)團(tuán)隊(duì)需要規(guī)劃好企業(yè)的廣告方案、生產(chǎn)計(jì)劃、原材料采購(gòu)計(jì)劃，需要控制好企業(yè)的現(xiàn)金流，掌握企業(yè)財(cái)務(wù)報(bào)表的填制并核算企業(yè)利潤(rùn)等。各團(tuán)隊(duì)要經(jīng)營(yíng)好模擬企業(yè)，既需要有理論知識(shí)的積累，也需要根據(jù)經(jīng)營(yíng)規(guī)則制定合理的經(jīng)營(yíng)策略，并具備根據(jù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境進(jìn)行靈活調(diào)整策略的能力。做好這些，既需要團(tuán)隊(duì)成員加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，也需要花費(fèi)大量時(shí)間、精力去探索經(jīng)營(yíng)思路與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)策。因此，對(duì)于同學(xué)們勇于克服困難、保持持續(xù)學(xué)習(xí)的動(dòng)力需要進(jìn)行激勵(lì)。

F=Q+V-A-H-S-P-Y×(CQ+CV-CA-CH-CS-CP)+C

其中，C為常數(shù)。F的值越大，說明該染色體的適應(yīng)度越好，越接近問題的解，越有可能被選為進(jìn)行交叉、變異的染色體。

懲罰因子也是很重要的一個(gè)因素。懲罰因子過大時(shí)，會(huì)使搜索空間變小，不利于找到最優(yōu)解；懲罰因子過小時(shí)，會(huì)降低求解的精度。因此，合適的懲罰因子(Y)很重要。

我們定義一組變量：全局最優(yōu)解X1；當(dāng)代染色體中最優(yōu)解X2；染色體交叉率pc；染色體變異率pm。獲得當(dāng)代染色體中最優(yōu)解：計(jì)算當(dāng)代染色體中每條染色體的適應(yīng)值，將具有大適應(yīng)值的染色體(即最優(yōu)解)賦值給X2，判讀X2是否大于X1，如果X2>X1，則將X2的值賦值給X1。

2.3.1 染色體選擇

當(dāng)混煤灰分A>Amax時(shí)，灰分懲罰函數(shù)值CA=A2，否則CA=0；

2.3.2 交叉

兩條染色體以概率pc進(jìn)行交叉。算法中采用單點(diǎn)交叉，即在兩條染色體中隨機(jī)設(shè)置一個(gè)交叉點(diǎn)，從這個(gè)交叉點(diǎn)開始交換它們的基因。

2.3.3 變異

按照最嚴(yán)格水資源管理制度的總體部署，加快建立水資源管理責(zé)任和考核制度，嚴(yán)格遏制地下水超采，防止出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境問題。同時(shí)，不斷加強(qiáng)用水計(jì)量和地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，將量測(cè)設(shè)備納入工程建設(shè)范圍，密切關(guān)注地下水動(dòng)態(tài)變化。統(tǒng)籌考慮水資源論證后評(píng)估工作，全面分析評(píng)估報(bào)告書提出的取水量、取水影響分析是否合理，取水方案是否可行，水資源節(jié)約措施是否有效；評(píng)估并監(jiān)督建設(shè)項(xiàng)目業(yè)主單位對(duì)報(bào)告書和審批文件的落實(shí)情況，以及項(xiàng)目建設(shè)對(duì)水資源開發(fā)、利用、節(jié)約和保護(hù)的影響；監(jiān)測(cè)重點(diǎn)項(xiàng)目區(qū)地下水變化情況等內(nèi)容，提高水資源論證編制和決策水平。同時(shí)，妥善安排好項(xiàng)目其他后續(xù)工作，為確保項(xiàng)目持久發(fā)揮效益奠定基礎(chǔ)。

算法采用基本位變異，染色體中每個(gè)基因以概率pm變異。

高壓柔性直流電網(wǎng)分層協(xié)同自適應(yīng)下垂控制//陶艷,劉天琪,李保宏,苗丹,董語晴,盧智雪//(18):70

基因變換：染色體中每條基因代表煤種所占的百分比，因此，染色體中所有基因的和應(yīng)為1，但在交叉、變異后可能出現(xiàn)不等于1的情況，需要對(duì)其進(jìn)行變換，使其值為1。至此，新的染色體群就生成了。

遺傳算法流程如圖1所示。

圖1 遺傳算法流程

3 結(jié)語

在對(duì)染色體進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，引入了懲罰函數(shù)[2]，有利于搜索的快速收斂，提高計(jì)算的精度與速度。遺傳算法求解時(shí)間短，單煤數(shù)量越多越能體現(xiàn)其優(yōu)越性。

[1]周俊虎，平傳娟，劉建忠，等.基于遺傳算法的動(dòng)力配煤模型[J].煤炭學(xué)報(bào)，2003(5)

[2]劉春梅.基于遺傳算法的煉焦配煤最優(yōu)化配置研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012(2)

2014-06-10

馬松波(1985—)，男，河南武陟人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：信息管理。