基于自適應(yīng)遺傳算法的物流運(yùn)輸方式選擇研究

李天龍+潘宇航+龍巖+康艷紅+袁書娟

摘要：綜合考慮托運(yùn)人和承運(yùn)人的利益，分別建立托運(yùn)人和承運(yùn)人的費(fèi)用函數(shù)，通過(guò)托運(yùn)人和承運(yùn)人的博弈分析，減弱二者的利益沖突，考慮到承運(yùn)人激勵(lì)行為選擇機(jī)制，通過(guò)量化運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)輸時(shí)限、運(yùn)輸距離、運(yùn)輸成本、運(yùn)輸距離等影響運(yùn)輸費(fèi)用的因素，建立廣義費(fèi)用函數(shù)模型，轉(zhuǎn)化為一個(gè)運(yùn)輸方式選擇多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，通過(guò)自適應(yīng)遺傳算法的設(shè)計(jì)，對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，最后得到當(dāng)托運(yùn)人要求一定時(shí)，候選承運(yùn)人數(shù)量增加時(shí)，該算法的優(yōu)越性更明顯。

關(guān)鍵詞：博弈 廣義費(fèi)用函數(shù) 多目標(biāo)優(yōu)化 遺傳算法

1 引言

運(yùn)輸是物流活動(dòng)中重要的環(huán)節(jié)，如何選擇最優(yōu)的物流運(yùn)輸方式常常成為決策者面臨的難題，因?yàn)椴煌倪\(yùn)輸方式有著其各自特點(diǎn)。目前國(guó)際物流運(yùn)輸主要采用五種運(yùn)輸方式：航空運(yùn)輸、公路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸、管道運(yùn)輸，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。基于此，正確選擇物流運(yùn)輸方式，對(duì)提高企業(yè)運(yùn)輸效率、降低物流成本，提高托運(yùn)人的滿意度都具有積極的意義。

2基于托運(yùn)人和承運(yùn)人運(yùn)輸方式選擇的博弈模型

假設(shè)“人是理性的”是博弈論的基本前提，即在進(jìn)行博棄中策略選擇時(shí)，每個(gè)參與者都以追求自身利益最大化為目標(biāo)，并且人們的行為也是相互影響的。將“人是理性的”假設(shè)進(jìn)一步擴(kuò)展，可得出參與博弈的組織同樣也是理性的，即也是以追求自身組織的效用最大化為目標(biāo)。對(duì)于運(yùn)輸系統(tǒng)，托運(yùn)人希望能在效用最大化條件下完成貨物運(yùn)輸，不同運(yùn)輸方式承運(yùn)人也期望獲得最大收益。承運(yùn)人之間為了獲得承運(yùn)權(quán)，他們之間也存在合作與競(jìng)爭(zhēng)，這種競(jìng)爭(zhēng)與合作活動(dòng)都是相互進(jìn)行的。因此，根據(jù)博弈論的概念及基本要素分析，我們可以得到貨物運(yùn)輸方式選擇的整個(gè)過(guò)程，實(shí)際上就是托運(yùn)人與承運(yùn)人、承運(yùn)人之間的博弈過(guò)程，符合博弈論研究的基本要求。

本文的貨物運(yùn)輸方式主要涉及鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸及航空這四種運(yùn)輸方式。貨物運(yùn)輸方式選擇的博弈過(guò)程，既是各種不同運(yùn)輸方式承運(yùn)人在滿足各自利益基礎(chǔ)上的博棄，同時(shí)也是托運(yùn)人和承運(yùn)人之間的一個(gè)相互博棄過(guò)程。托運(yùn)人與承運(yùn)人的一主多從博弈關(guān)系如下圖所示。

2.1托運(yùn)人廣義費(fèi)用的目標(biāo)函數(shù)

在廣義費(fèi)用思想的基礎(chǔ)上，選取運(yùn)輸費(fèi)用、時(shí)間成本和風(fēng)險(xiǎn)成本等三個(gè)因素，作為影響托運(yùn)人貨物運(yùn)輸方式選擇的主要因素，構(gòu)建的貨物運(yùn)輸方式選擇廣義費(fèi)用函數(shù)模型如下：

（1）

（2）

式中： ，j—貨物從i到j(luò)的托運(yùn)人廣義運(yùn)輸費(fèi)用； —貨物以運(yùn)輸方式從到的運(yùn)輸價(jià)格； —貨物以運(yùn)輸方式k從i到j(luò)所需時(shí)間； —貨物從i到j(luò)的運(yùn)輸時(shí)間限制； —貨物以運(yùn)輸方式k從i到j(luò)的運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)成本； —運(yùn)輸時(shí)間限制內(nèi)貨物的時(shí)間價(jià)值系數(shù)；

——運(yùn)輸時(shí)間限制以外內(nèi)貨物的時(shí)間價(jià)值系數(shù)； ——權(quán)重系數(shù)i=1，2，3。

2.2 承運(yùn)人目標(biāo)函數(shù)

作為貨物運(yùn)輸?shù)某羞\(yùn)人，其目標(biāo)是能夠獲得托運(yùn)人較高的托運(yùn)費(fèi)用，并且能夠使得貨物運(yùn)輸過(guò)程的運(yùn)營(yíng)成本、超時(shí)懲罰成本和風(fēng)險(xiǎn)成本最低，從而使得最終的利潤(rùn)最大化。論文將承運(yùn)人的總收入（即托運(yùn)人所支付的貨物運(yùn)輸費(fèi)用）減去運(yùn)營(yíng)成本、超時(shí)懲罰成本和風(fēng)險(xiǎn)成本之和作物承運(yùn)人的目標(biāo)函數(shù)。

（3）

（4）

式中： —貨物從i到j(luò)承運(yùn)人k的運(yùn)輸利潤(rùn)； —燃油和潤(rùn)滑油費(fèi)用； —正常維修費(fèi)用； —折舊費(fèi)用； —管理及人員工資費(fèi)用； —貨物從i到j(luò)承運(yùn)人k所耗時(shí)間； —貨物從到j(luò)的運(yùn)輸時(shí)間限制； —貨物從i到j(luò)承運(yùn)人k的運(yùn)輔險(xiǎn)成本； —運(yùn)輸時(shí)間限制內(nèi)貨物的時(shí)間價(jià)值系數(shù)。

為承運(yùn)人目標(biāo)函數(shù)中各影響因素的權(quán)重系數(shù)，是承運(yùn)人根據(jù)各影響因素的重要程度，而確定的權(quán)重大小。承運(yùn)人目標(biāo)函數(shù)是以利潤(rùn)函數(shù)

最大化為目標(biāo)。

2.3 承運(yùn)人激勵(lì)行為選擇機(jī)制分析

本文所研究的承運(yùn)人能主動(dòng)采取的激勵(lì)行為主要有價(jià)格激勵(lì)行為、時(shí)間極力行為和運(yùn)行安全激勵(lì)行為3個(gè)，價(jià)格激勵(lì)是指承運(yùn)人對(duì)貨物的運(yùn)價(jià)給予一定的折扣，從而讓托運(yùn)人更傾向于自己；時(shí)間激勵(lì)是指調(diào)整運(yùn)輸速度及運(yùn)輸準(zhǔn)時(shí)性；安全激勵(lì)是通過(guò)一定的安全措施，以降低運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的行為。而承運(yùn)人選擇何種激勵(lì)行為依據(jù)兩個(gè)方面，一個(gè)是托運(yùn)人的目標(biāo)，一個(gè)是其他承運(yùn)人所采取的激勵(lì)行為。

3托運(yùn)人運(yùn)輸方式選擇的一種自適應(yīng)遺傳算法

托運(yùn)人運(yùn)輸方式選擇問(wèn)題屬于一類資源組合優(yōu)化問(wèn)題，可以采用不同的優(yōu)化策略進(jìn)行最優(yōu)解的搜索[6]..本文提出一種自適應(yīng)遺傳算法來(lái)求解托運(yùn)人運(yùn)輸方式選擇優(yōu)化問(wèn)題。

3.1 染色體編碼

根據(jù)遺傳算法，每條染色體可以表示為圖1所示的代碼串，表示任務(wù)選擇方案。代碼串中的每一位代表一個(gè)候選方案的狀態(tài)，μij=1表示任務(wù)yi=的第j個(gè)候選方案被選中參與運(yùn)送，μij=0表示未被選中；Y={yi│∈[1，n]}，表示托運(yùn)人在根據(jù)實(shí)際情況確定權(quán)重后提出的n項(xiàng)要求的集合；M={mii│n≥1}表示可以完成任務(wù)yi的候選承運(yùn)方集合。。這樣，貨物運(yùn)送方案選擇優(yōu)化問(wèn)題就轉(zhuǎn)換成利用遺傳算法求解最優(yōu)解問(wèn)題，即求解最優(yōu)染色體編碼。

3.2遺傳算子的選擇策略

遺傳算法的遺傳操作一般包括選擇、交叉和變異在一般的遺傳算法中，對(duì)所有個(gè)體的交叉概率PC和變異概率Pm選用某一固定參數(shù)，且在遺傳過(guò)程中保持不變.本文提出一種交叉和變異概率的自適應(yīng)調(diào)整規(guī)則，使得每個(gè)個(gè)體按其適應(yīng)度大小選擇不同的交叉概率PC和變異概率Pm。而且，在遺傳過(guò)程中根據(jù)適應(yīng)度的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)這兩個(gè)控制參數(shù)。這樣，群體中每個(gè)個(gè)體對(duì)環(huán)境的變化就具有自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力。

參考文獻(xiàn)：

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