突變機制

突 變 之 目 在 產 生 新 型 態 之 染 色 體 ， 以 跳 脫 區 域 最 佳 解 之 陷 阱 ， 因 此 傳 統 突 變 操 作 係 針 對 交 配 後 之 子 代 隨 機 改 變 某 一 位 置 基 因 值 。 然 而 ， 根 據 本 研 究 對 解 集 合 之 定 義 ， 係 限 制 所 有 染 色 體 於 同 一 位 置 之 基

因 值 和 為 1，因此本研究若以傳統突變程序方式作業，將產生班次佚

失 或 重 複 等 現 象 ， 如 圖 4.10 所示，其中圖 4.10(A)～代表不同班 次 任 務 ； 圖 4.10(B)即針對 G2 突變後，照成 G1 與 G2’所構成之解集 合 發 生 班 次 佚 失， 而 為 不 可 行 解；圖 4.10(C)即針對 G1 突變後，照成 G1’與 G2 所構成之解集合發生班次重複，而為不可行解。

圖 4.10 傳統突變產生不可行解示意圖

承 上 ， 可 知 傳 統 突 變 方 式 以 基 因 為 單 位 ， 因 此 隨 機 決 定 突 變 點 的 方 式 ， 容 易 照 成 突 變 後 的 解 集 合 產 生 班 次 佚 失 或 重 複 之 情 形 ， 因 此 本 研 究 於 突 變 程 序 係 定 義 以 染 色 體 為 單 位 ， 因 此 操 作 過 程 中 可 區 分 為 染 色 體 移 除 突 變 法 與 染 色 體 增 加 突 變 法 。

所 謂 染 色 體 移 除 式 突 變 ， 係 以 減 少 染 色 體 數 量 為 目 的 之 操 作 程 序 ， 由 此 可 知 除 非 發 生 移 除 式 突 變 染 色 體 本 身 為 空 任 務 之 勤 務 ， 否 則 突 變 後 勢 必 產 生 班 次 佚 失 情 形 ， 因 此 發 生 移 除 式 突 變 的 同 時 ， 亦 需 要 將 此 勤 務 所 含 之 班 次 任 務 盡 量 分 派 於 其 他 勤 務 中 ， 同 時 將 放 鬆 解 集 合 之 定 義 ， 亦 即 允 許 短 時 間 內 解 集 合 存 在 班 次 佚 失 情 形 ， 且 需 要 記 憶 暫 時 無 法 分 派 至 目 前 勤 務 之 班 次 任 務 ， 於 本 研 究 此 記 憶 空 間 稱 為 基 因

池。如 圖 4.11 即為移除式突變操作流程，係針對交配程序所產生的新

子 代 ， 並 評 估 其 適 存 性 ， 如 果 符 合 所 設 定 之 無 效 率 勤 務 定 義 ， 則 針 對 該 子 代 進 行 移 除 式 突 變 ， 而 本 研 究 將 該 子 代 所 含 之 班 次 任 務 定 義 為 自 由 基 因 集 合 ， 爾 後 針 對 自 由 基 因 集 合 之 所 有 基 因 編 碼 採 用 本 研 究 尋 偶 式 交 配 法 ， 隨 機 搜 尋 與 填 補 自 由 基 因 於 其 他 染 色 體 中 ， 如 果 無 法 完 成 交 配 任 務 之 自 由 基 因 ， 則 記 憶 於 基 因 池 中 ， 並 於 後 續 適 時 再 將 基 因 填 補 至 染 色 體 中 。

圖 4.11 染色體移除式突變法操作流程圖

由 於 染 色 體 移 除 式 突 變 ， 即 為 降 低 勤 務 數 量 之 重 要 操 作 程 序 ， 一

般 而 言 ， 相 關 研 究 或 實 務 作 業 皆 最 小 化 勤 務 數 列 為 關 鍵 目 標 ， 因 此 本 研 究 將 染 色 體 移 除 式 突 變 程 序 ， 界 定 在 只 要 滿 足 染 色 體 移 除 條 件 即 啟 動 該 作 業 程 序 ， 而 條 件 包 括 演 化 世 代 數 與 勤 務 工 作 效 率 等 ， 其 中 演 化 世 代 數 以 突 變 控 制 率 操 作 ； 而 勤 務 工 作 效 率 係 指 目 前 染 色 體 涵 蓋 任 務 班 次 數 與 工 作 時 間 。

另 外 ， 染 色 體 增 加 式 突 變 操 作 程 序 ， 係 以 增 加 新 的 染 色 體 為 主 要 目 的 。 而 增 加 染 色 體 的 考 量 包 含 兩 種 因 素 ， 其 一 為 針 對 目 前 族 群 結 果 進 行 效 益 分 析 後 ， 發 現 增 加 新 染 色 體 可 提 升 解 品 質 ； 其 二 為 基 於 基 因 池 長 期 存 在 無 法 填 補 至 染 色 體 之 基 因 ， 其 原 因 為 該 基 因 所 代 表 之 班 次 執 行 時 間 ， 在 目 前 演 化 世 代 的 勤 務 分 派 情 形 ， 於 班 次 值 勤 時 間 限 制 條 件 下 皆 無 法 找 到 適 當 勤 務 容 納 該 班 次 ， 分 析 其 原 因 可 能 包 含 ， 演 化 世 代 不 足 ， 無 法 交 配 出 合 適 的 染 色 體 以 提 供 可 填 補 空 間 ， 或 該 班 次 之 性 質 為 勤 務 首 班 車 任 務 ， 因 此 無 論 目 前 族 群 如 何 演 化 ， 皆 不 可 能 有 機 會 搜 尋 到 適 當 染 色 體 填 補 該 基 因 。 承 上 ， 可 知 染 色 體 增 加 式 突 變 機 制 係 提 供 最 好 的 解 決 方 案，如 圖 4.12 所示，即為染色體增加式突變操作流 程 ， 其 中 當 演 算 法 發 生 染 色 體 增 加 式 突 變 後 ， 即 需 要 啟 動 終 止 染 色 體 移 除 式 突 變 程 序 之 運 作 ， 否 則 將 使 導 致 突 變 程 序 無 意 義 。

圖 4.12 染色體增加式突變法操作流程圖