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[1] 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 آن ها می‌رسند، دستگاه خودپرداز آزاد باشد، آن ها بلافاصله سرویس دهی می‌شوند. در غیر این صورت، آن ها 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 [2]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 بهره گرفتن از روش‌های اندازه گیری عملکرد الگوریتم‌های چندهدفه، مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند.
کلمات کلیدی:
مکانیابی تسهیلات، سیستم صف، الگوریتم های 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 لیتِل………………………………………………………………………………………… 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- روش‌های اندازه گیری عملکرد الگوریتم‌های 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 گیری عملکرد الگوریتم‌ها 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 الگوریتم های 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
مقدمه
با رشد روز افزون معاملات تجاری در سطح جهان و در سالهای اخیر، ظهور پدیده تجارت الکترونیک[1] و بانکداری الکترونیک[2] 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 مهمی در 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 آن ها، 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 دستگاه های
|
[دوشنبه 1399-10-01] [ 04:15:00 ب.ظ ]
|
