改进蚁群算法及其在公交线网优化中的应用

摘要

随着我国社会的快速发展，居民出行量成倍增长，城市交通越来越拥挤，大力发展公共交通，提高公共交通在整个居民出行中的分担率是改善城市交通问题的一个有效手段。其中，公交线网布局优化能在城市现有的道路交通系统和公交运力的基础上，通过线网优化、合理布局，最大程度发挥城市公共交通自身潜力，提高交通资源利用效率，是一项投资少、见效快、易于实施的有效措施。蚁群算法是一种新型启发式智能算法，在解决组合优化问题方面表现出很好的性能，而公交线网优化是一个典型的非线性组合优化问题，本论文尝试将蚁群算法运用于求解公交线网优化，主要研究工作如下：
　　 本文首先介了绍蚁群算法和公交线网优化的基本内容，然后对现有蚁群算法的改进方法进行了分析，对蚁群算法容易陷入停滞和算法参数难以设置这两个问题，本文创新性提出了停滞计数器概念来判断算法所处阶段，依据不同阶段对算法新发现的更优路径进行不同程度的信息素额外增强，以加强蚂蚁对偶然出现的更优路径的学习；同时提出了依据算法所处的不同阶段对参数的动态设置方法，以达到算法探索与开发的平衡。通过程序实现与基本MMAS算法比较，应用本文所提出的方法在求解质量、收敛速度都有很好的改进，证明本文改进方法的有效性。
　　 最后综合分析线网布局优化目标、约束条件，提出以单位时间动态直达客流量最大为目标，并建立了优化数学模型。同时结合线网优化具体问题模型对改进蚁群算法做了进一步的改进，创新性提出每个城市节点的候选列表和对死亡蚂蚁的惩罚机制，并通过改进蚁群算法求解，证明本文方法能在综合考虑乘客出行心理、客流直达率、线路非直线系数、路线重复系数等约束条件下，使单位时间的直达客流量最大，线路设置更为科学。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 优先发展城市公共交通的必要性

1.3 公交线网优化概述

1.4 公交线网优化国内外研究现状

1.5 论文主要内容及创新处

1.6 论文组织结构

第二章 蚁群算法基础

2.1 引言

2.2 自然蚂蚁与人工蚂蚁

2.3 蚁群算法基本模型

2.3.1 TSP问题描述

2.3.2 蚂蚁算法(AS)求解TSP问题模型

2.4 参数设置及其对蚁群算法性能的影响

2.5 本章小结

第三章 城市公交线网优化

3.1 公交线网优化目标

3.2 公交线网优化主要约束条件

3.3 常规公交线网优化方法

3.4 常规公交线网优化算法具体实现过程

3.5 本章小结

第四章 蚁群算法一些改进

4.1 蚂蚁算法的不足

4.2 现有改进蚁群算法介绍

4.3 本文所做的一些改进

4.4 改进后蚁群算法与基本MMAS性能比较

4.4.1 实验中参数设置的方法

4.4.2 改进算法与MMAS性能比较

4.4.3 停滞状态的判断和解决办法

4.5 本章小结

第五章 改进蚁群算法在公交线网布设优化中的应用

5.1 公交线网优化布设问题

5.1.1 公交线网布设问题介绍

5.1.2 求解数学模型

5.2 算法在单条线网布设的具体实现

5.2.1 改进的MMAS算法应用及进一步改进

5.2.2 程序实现

5.2.3 线网优化结果

5.2.4 实验中遇到的问题

5.3 整个区域线网优化布设的生成

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文研究工作总结

6.2 存在问题以及今后研究的方向

附录

参考文献

致谢