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首页 > 关于药品排批的那些事 >

关于药品排批的那些事

发表时间:2024-03-19 11:53浏览量:312

静配的药品排批问题是一个经典的优化问题,遗传算法是一种常用的解决方法。下面是一个用C#语言实现的遗传算法示例代码: 首先,我们需要定义一个药品类,用于表示每种药品的属性和信息:

csharp

public class Drug

{

    public string Name { get; set; } // 药品名称

    public int Quantity { get; set; } // 药品数量

    public int Frequency { get; set; } // 用药频次

    public int Duration { get; set; } // 用药时长

    public int Batch { get; set; } // 批次

} 

接下来,我们需要定义一个批次类,用于表示每个批次的属性和信息:

csharp

public class Batch

{

    public int Number { get; set; } // 批次编号

    public List<Drug> Drugs { get; set; } // 批次中的药品列表

    public int TotalQuantity { get; set; } // 批次中药品的总数量

    public int TotalFrequency { get; set; } // 批次中药品的总用药频次

    public int TotalDuration { get; set; } // 批次中药品的总用药时长

} 

然后,我们需要定义一个遗传算法类,用于实现遗传算法的各个步骤:

csharp

public class GeneticAlgorithm

{

    private int populationSize; // 种群大小

    private double mutationRate; // 变异率

    private double crossoverRate; // 交叉率

    private int elitismCount; // 精英数量

    private int tournamentSize; // 锦标赛大小


    public GeneticAlgorithm(int populationSize, double mutationRate, double crossoverRate, int elitismCount, int tournamentSize)

    {

        this.populationSize = populationSize;

        this.mutationRate = mutationRate;

        this.crossoverRate = crossoverRate;

        this.elitismCount = elitismCount;

        this.tournamentSize = tournamentSize;

    }


    public List<Batch> Evolve(List<Drug> drugs, int maxGenerations)

    {

        // 初始化种群

        List<List<Batch>> population = InitializePopulation(drugs);


        // 进化指定代数

        for (int i = 0; i < maxGenerations; i++)

        {

            // 计算适应度

            List<Tuple<List<Batch>, double>> populationFitness = CalculateFitness(population, drugs);


            // 选择精英

            populationFitness.Sort((x, y) => y.Item2.CompareTo(x.Item2));

            List<List<Batch>> elite = new List<List<Batch>>();

            for (int j = 0; j < elitismCount; j++)

            {

                elite.Add(populationFitness[j].Item1);

            }


            // 选择新种群

            List<List<Batch>> newPopulation = new List<List<Batch>>();

            while (newPopulation.Count < populationSize)

            {

                // 锦标赛选择

                List<List<Batch>> tournament = new List<List<Batch>>();

                for (int j = 0; j < tournamentSize; j++)

                {

                    tournament.Add(populationFitness[RandomHelper.Next(populationFitness.Count)].Item1);

                }

                tournament.Sort((x, y) => CalculateFitness(x, drugs).CompareTo(CalculateFitness(y, drugs)));

                newPopulation.Add(tournament[0]);

            }


            // 交叉

            for (int j = elitismCount; j < populationSize; j++)

            {

                if (RandomHelper.NextDouble() < crossoverRate)

                {

                    int index1 = RandomHelper.Next(newPopulation.Count);

                    int index2 = RandomHelper.Next(newPopulation.Count);

                    List<Batch> offspring = Crossover(newPopulation[index1], newPopulation[index2]);

                    newPopulation[j] = offspring;

                }

            }


            // 变异

            for (int j = elitismCount; j < populationSize; j++)

            {

                if (RandomHelper.NextDouble() < mutationRate)

                {

                    Mutate(newPopulation[j]);

                }

            }


            // 添加精英

            newPopulation.AddRange(elite);


            // 更新种群

            population = newPopulation;

        }


        // 返回最优解

        List<Tuple<List<Batch>, double>> populationFitnessFinal = CalculateFitness(population, drugs);

        populationFitnessFinal.Sort((x, y) => y.Item2.CompareTo(x.Item2));

        return populationFitnessFinal[0].Item1;

    }


    private List<List<Batch>> InitializePopulation(List<Drug> drugs)

    {

        List<List<Batch>> population = new List<List<Batch>>();

        for (int i = 0; i < populationSize; i++)

        {

            List<Batch> batchList = new List<Batch>();

            int batchNumber = 1;

            while (drugs.Count > 0)

            {

                Batch batch = new Batch { Number = batchNumber, Drugs = new List<Drug>() };

                int totalQuantity = 0;

                int totalFrequency = 0;

                int totalDuration = 0;

                for (int j = 0; j < drugs.Count; j++)

                {

                    if (totalQuantity + drugs[j].Quantity <= 1000 && totalFrequency + drugs[j].Frequency <= 3 && totalDuration + drugs[j].Duration <= 7)

                    {

                        batch.Drugs.Add(drugs[j]);

                        totalQuantity += drugs[j].Quantity;

                        totalFrequency += drugs[j].Frequency;

                        totalDuration += drugs[j].Duration;

                        drugs.RemoveAt(j);

                        j--;

                    }

                }

                batch.TotalQuantity = totalQuantity;

                batch.TotalFrequency = totalFrequency;

                batch.TotalDuration = totalDuration;

                batchList.Add(batch);

                batchNumber++;

            }

            population.Add(batchList);

        }

        return population;

    }


    private double CalculateFitness(List<Batch> batchList, List<Drug> drugs)

    {

        double totalQuantity = 0;

        double totalFrequency = 0;

        double totalDuration = 0;

        foreach (Batch batch in batchList)

        {

            totalQuantity += (double)batch.TotalQuantity / 1000;

            totalFrequency += (double)batch.TotalFrequency / 3;

            totalDuration += (double)batch.TotalDuration / 7;

        }

        double fitness = 1 / (1 + Math.Pow(totalQuantity, 2) + Math.Pow(totalFrequency, 2) + Math.Pow(totalDuration, 2));

        return fitness;

    }


    private List<Tuple<List<Batch>, double>> CalculateFitness(List<List<Batch>> population, List<Drug> drugs)

    {

        List<Tuple<List<Batch>, double>> populationFitness = new List<Tuple<List<Batch>, double>>();

        foreach (List<Batch> batchList in population)

        {

            double fitness = CalculateFitness(batchList, drugs);

            populationFitness.Add(new Tuple<List<Batch>, double>(batchList, fitness));

        }

        return populationFitness;

    }


    private List<Batch> Crossover(List<Batch> parent1, List<Batch> parent2)

    {

        List<Batch> offspring = new List<Batch>();

        int midpoint = RandomHelper.Next(parent1.Count);

        for (int i = 0; i < parent1.Count; i++)

        {

           if (i < midpoint) { offspring.Add(parent1[i]); } else { offspring.Add(parent2[i]); } } return offspring; }

private void Mutate(List<Batch> batchList)

{

    int index1 = RandomHelper.Next(batchList.Count);

    int index2 = RandomHelper.Next(batchList.Count);

    Batch temp = batchList[index1];

    batchList[index1] = batchList[index2];

    batchList[index2] = temp;

} 

} 


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