基于遗传算法的给水管网优化设计方法探析-论文.pdf

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1、规划设计基于遗传算法的给水管网优化设计方法探析摘要：结合给水管网设计的原理和特点，提出运用遗传算法进行给水管网的优化设计，能够在满足正常供水条件下搜索到全局最优解节约了投资，同时能够避免管径的调整，为设计者提供多个设计方案，具有较高的实用价值。关键词：遗传算法；给水管网；优化设计不同的选择压力，即下一代中父代个体的复制组数的不同分配关系。选择压1、引言力大，收敛速度快，但容易出现早熟现象；选择压力小，可保持群体的多样性，输配水管网是城市给水管网的重要组成部分，约占整个城市给水管网总但是易出现搜索停滞现象。投资的50％～80％Ⅲ。在实际工程投资有限的基础之上，在

2、保证整个供水系统2．5遗传算法终止规则的设计中总水量、水压、水质安全以及可靠性和经济性的前提下，对管网进行优化设在遗传算法计算中，当算法进行到某种程度已经达到最优解，此时需要计，以整个系统的总造价或年费用为目标函数，确定目标函数最小的管网设终止算法的进程，本文采用最大遗传代数法，该方法在实际操作中既灵活又计方案，将对加强安全可靠性、降低工程成本、提高经济效益和社会效益有着简便，计算效果好。重要的现实意义。近年来，遗传算法作为一种新型的随机搜索与优化算法，3、遗传算法的给水管网优化设计的基本流程在给水管网优化设计上表现出了极大地优越性。遗传算法的理论与技术同传统

3、的搜索算法不同，它首先随机产生一个初(i)准备初始数据，主要包括管段长度、节点流量、节点高程、各节点要求始解称为初始群体并用一定的编码方式对其进行编码，群体中每一个个体都的最低自由水压、标准管径系列和各规格管径的单位长度造价，将这些数据是所求解问题的一个解称为染色体。染色体在以后的迭代中不断进化称为遗以数据文件的形式直接输入计算机；传，染色体优劣由适应度函数来评价。对编码后的群体按照一定的概率进行(2)由随机数发生器产tLpop个个体组成的初始群体，其中每个个体都代选择称为父代，然后对父代染色体进行交叉和变异运算，得到新的群体成为表一种管径组合方式含有NP个管

4、段的管径信息；子代，根据适应度函数的评价，从父代和子代中选择适应度高的作为新的群(3)对初始群体进行管网水力计算和管网费用计算，并根据管网的适应体继续进化，直到整个算法收敛于一个最优解或者次优解。度函数来计算每个个体的适应度值；(4)对群体进行选择操作、交叉操作和变异操作，产生新一带的遗传群体，2、遗传算法的给水管网优化设计并保存最优个体，将父代群体和子代群体最好pop个体作为新一代的个体；21编码方式设计和初始群体产生(5)重复步骤(3)和(4)，直到达到遗传算法终止规则，输出最优个体。在给水管网优化设计中，所求解的变量一般为管径，本文采用自然数编4、实例应

5、用码方式。假设所求问题中标准管径系列有M种，用从1⋯⋯M的M个自然数分别对应于每一规格的标准管径。假设给水管网中有N根管段，则每一个个体都以某地供水管网为例，配水管是由N个基因段组成。首先根据所需标准管径建立一个数组如网设计流量为324．074L／S，控制点的f15，2O，25，3O，35，40，45l，然后按照管段编号的顺序以及每个管段管径对照以最小自由水压为24米，管网布置图上数组进行编码，如按照管段编号的顺序采用管径为如图1示。应用遗传算法进行给水管(25，20，l5，l5，15，2O，20，15，25，40，20，l5，35，351，则可用{3，2，1

6、，1，1，2，2，1，3，网优化设计。在遗传算法进化过程6，2，1，5，5涞表示这种管径组合方式的一个自然数编码。这样自然数编码对中，采用如下的参数组合：群体规模应的是标准管径数组的位置指示数组，可以直接进行相应的遗传操作，在遗Dopsize=20；最大遗传代数maxgen=传算法的遗传空间和问题空间之间可直接提取标准管径进行计算，提高了1000；交叉率为1，变异率为0．3。应搜索效率。用遗传算法的给水管网优化设计所2．2种群设计得的最优设计方案如表1所示，其管种群的确定方法有多种，种群的数目可以与初始群体相同，或者从初始网总投资为3108460元，比原始手算

7、群体中选择部分个体作为种群，则种群数小于初始群体数，经过交叉和变异设计方案相比可节约费用13．01％。等遗传操作后，选择最好的部分子代个体替换旧个体，也可以全部替换旧个5、结论体，本文采用的种群规模与初始种群规模相同，并且产生的全部子代群体与父代群体一起共同进行比较选择最优群体。给水管网的设计是一个庞大繁琐的计算过程，在满足多个要求的条件下2．3管网水力计算程序设计寻求投资小、费用低安全可靠性强的供水方案。遗传算法作为一种新兴的优本文是应用遗传算法进行给水管网优化设计，管网中最大的节点欠压值化设计算法，首先它是一个随机寻优的计算过程，避免产生局部最优解，使整作

8、为惩罚项。在遗传算法的进程当中，为了使