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布局问题是一种经典的组合优化问题,在求解复杂性上具有NP完全性。因为该问题能够被应用到许多工程领域,如板材切割、载运工具布局设计、卫星舱布局设计等,所以它吸引了众多来自工程、数学、计算机科学等领域的学者对其进行研究,并取得了大量成果。本文针对两类典型的布局问题--装盘问题和二维条带布局问题展开研究,设计了两个算法,并通过数值实验证明了算法的有效性。本文设计的算法一方面可被应用于实际的工程布局,另一方面,对进一步认清此类问题的难点性质和解决方法具有意义。本文的主要内容归纳如下:
首先,总结了布局问题的研究现状,提出了本课题的研究目的。
接着,归纳了装盘问题的研究方法,分析了分支定界方法,重点总结了装盘问题中的定界算法。
然后,对G&K算法进行了分析研究,指出了G&K算法存在的不足之处。通过提出新的布局模式和新的策略,对G&K子算法进行了改进,并给出了改进后子算法合理性的算例证明。在充分的理论分析基础上,将改进后的子算法与HB算法进行了联合,得到了一个新的联合子算法,并用以替换原G&K子算法。结合主算法的设计,最终完成了对G&K算法的改进。数值实验表明,改进后的算法能够得到更多算例的最优解,且对一些算例,求解的速度较快。
接下来,对一般的GRASP算法进行了分析,研究了Valdes等基于GRASP提出的求解二维条带布局问题的算法。基于掌握的理论知识,本文作者通过提出一些新的策略对原算法进行了改进,得到了本文的GRASP算法。试验结果与Valdes的计算结果进行了对比,验证了本文算法的有效性。
最后对全文进行了总结,同时展望了后续的研究方向。