分类遗传算法在给水管网优化设计中的应用

摘要

城市给水管网是城市供水系统的重要一环.一方面城市给水管网是联系水厂和用户的“桥梁”,另一方面城市给水管网的投资占整个供水系统的50～80%.因此,对城市给水管网作优化设计以尽可能降低造价是大有必要的.正是由于给水管网优化设计在给水工程中占有重要地位,不少国内外学者对其进行了广泛而深入的研究,提出了多种优化方法,诸如线性规划法、非线性规划法、动态规划法和标准遗传算法.但这些方法在实际应用中均存在一定的局限性.木文首先阐述了给水管网优化设计的内容和意义,简单介绍了已有的各种优化方法,分析比较了各种优化方法并指出其存在的不足.接着,介绍了遗传算法的基本原理,以管网造价为目标函数,建立了给水管网优化设计的遗传算法模型.在标准遗传算法的基础上,作者提出了一种新的改进遗传算法--分类遗传算法,使新型优化算法(遗传算法)和经典优化方法(启发式优化算法)巧妙结合起来.并通过两个实例(一个为新建管网,一个为扩建管网)加以验证,应用表明分类遗传算法无论是在寻优能力还是在收敛速度方面,都远远优于传统遗传算法.最后,作者对后续工作进行了展望.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1给水管网系统优化研究的重要性

1.2管网优化设计研究

1.2.1线性规划模型

1.2.2非线性规划模型

1.2.3动态规划模型

1.3基于遗传算法的管网优化研究

1.4本论文研究内容

第2章遗传算法

2.1遗传算法简介

2.1.1遗传算法概要

2.1.2遗传算法的运算过程

2.2遗传算法的基本实现技术

2.2.1编码方法

2.2.2适应度函数

2.2.3选择操作数

2.2.4交叉操作数

2.2.5变异操作数

2.2.6遗传算法的运行参数

2.2.7约束条件的处理

2.3遗传算法的数学理论

2.3.1模式定理

2.3.2积木块假设与遗传算法欺骗问题

2.3.3遗传算法的收敛性分析

第3章给水管网水力计算

3.1给水管网基本方程

3.2 EPANET管网水力计算方法

3.3 EPANET管网计算的单位系统

3.4管网计算算例

第4章管网优化数学模型的建立和求解

4.1给水管网优化数学模型

4.1.1目标函数

4.1.2约束条件

4.1.3给水管网优化设计数学模型

4.2分类遗传算法(Ranking Genetic Algorithms)

4.2.1整数编码

4.2.2约束条件的处理和适应度函数设计

4.2.3个体分类

4.2.4精英保留策略

4.2.5水力求解

4.2.6算法流程

4.3 RGA程序规划

4.4管网优化算例研究

4.4.1算例1——新建管网

4.4.2算例2——扩建管网

总结及研究展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士期间发表的学术论文