[发明专利]一种基于BA无标度网络理论的集装箱班轮航线优化方法

摘要

本发明公开了一种基于BA无标度网络理论的集装箱班轮航线优化方法，包括半以下步骤：S01:构建集装箱班轮船期数据库；S02构建集装箱班轮航线网络模型；S03构造该网络的特征集以判别网络的类型；S04集装箱班轮航运网络仿真优化。本发明公开了一种基于BA无标度网络理论的集装箱班轮航线优化方法，基于复杂网络理论，以集装箱班轮船期数据为基础构建海运航线网络，通过构造该网络特征集来判别网络的类型，论证网络属于BA无标度网络，并分析其拓扑特性；基于BA无标度网络性能提升理论，通过仿真实验实现对网络的节点处理能力、路由策略等核心参数的优化，以寻找提高该网络的通过能力的最优策略，实现对网络通过能力的优化与提升。

主权项

一种基于BA无标度网络理论的集装箱班轮航线优化方法，其特征在于：包括以下步骤：S01：收集研究对象所涉及的所有班轮船期数据，并对航线涉及到的所有港口进行汇总统计，统计内容为港口名称与港口位置信息，将船期表数据和港口数据分别存储入库，以便于模型的构建与分析；S02：基于集装箱班轮船期数据，构建航运网络模型：其中港口V＝{vi|i＝1,2,…,n}作为航运网络的节点，港口间的航线E＝{ei,j|i＝1,2,…,n j＝1,2,…,n i≠j}作为航运网络的边，港口与航线相连接构成了基础的航运网络模型G(E,V)，其中vi代表第i个港口，eij代表第i个港口和第j个港口之间的航线，n为网络总节点数，即航运网络中总港口个数；S03：通过分析网络的主要拓扑性质与统计指标，包括网络中节点的度分布、节点间平均距离、集聚系数来判断该网络的类型，因此构建集装箱港口航运网络的指标集合：S＝{P(k),L,CI}   (1)式1中：S为集装箱班轮航运网络的指标集，P(k)为网络中各节点的度分布，L为网络中节点间平均距离，CI为网络平均集聚系数，通过网络的指标集合S可以判断出集装箱港口航运网络的类型，其中：P(k)：在集装箱班轮航运网络中，港口的度是指与港口直接相联的边数，反映网络节点在网络中的联通程度，通过计算网络中节点的度值，可以计算出网络中所有节点的度值的分布情况P(k)，然后判断网络度分布P(k)是否满足幂指数分布规律；L：平均距离L是网络中两个港口之间相互连接需要经过的最少边数，对所有港口对之间的最短距离求平均值即可得集装箱航运网络的平均距离，其计算公式如下：L=2n(n-1)Σi=1nΣj=i+1ndij---(2)]]>式(2)中，L为网络的平均距离，dij为网络节点vi和vj之间的距离，即港口vi和港口vj连接需要最少的边数；CI：集聚系数表示与网络中某个节点相连的各个节点之间也相互连通的可能性，某个港口vi的集聚系数Ci等于与该港口相连的所有节点之间(除去该港口)相连的边的数目占可能存在的最大边数的比例，计算公式如下：CI=1nΣi=1n2Miki(ki-1)---(3)]]>式(3)中，CI为网络的平均集聚系数，ki为港口vi的度，ki(ki‑1)/2为ki个港口之间两两相连可以存在的最大边数，Mi为航线网络中ki个港口节点之间存在的边数；S04：当S03中网络度分布P(k)满足幂指数分布规律时，通过BA无标度网络的性能提升方法对网络结构进行优化，集装箱班轮航运网络仿真模型定义如下：以上述集装箱班轮航运网络为基础，添加集装箱作为港口间流动的货物，每个港口具有处理能力C和等待处理队列Q，每个港口在单个时间周期t内可完成C个集装箱的转运，未完成装运的集装箱将被存入等待处理队列，单个时间周期内，网络将发生以下动作：1)在该网络中，集装箱生成量为G，通过有放回的随机抽样选择G组港口作为始发港和目的港，并将所生成的集装箱放入始发港等待处理队列的尾部；2)每个始发港口检查自身等待处理队列最前的集装箱的目的港是否为当前港口，如果为当前港口，则完成运输并将集装箱从网络中删除；否则港口将按照一定的路由规则将集装箱传递到相邻节点；最后通过调整集装箱生成率G、节点处理能力C、路由策略参数α等实现对网络不同状态的模拟，以寻找最优的港口处理能力配置情况和航线规划参数。