(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111269837.2 (22)申请日 2021.10.2 9 (71)申请人 郑州轻工业大 学 地址 450000 河南省郑州市高新 技术产业 开发区科 学大道136号 (72)发明人 王英聪　焦娇　张丰鹏　张静宜　 孙军伟　王妍　凌丹　黄春　 张勋才　栗三一　李盼龙　 (74)专利代理 机构 郑州优盾知识产权代理有限 公司 41125 代理人 栗改 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于狼群算法的卫星舱圆形设备布局 构造方法 (57)摘要 本发明提出了一种基于狼群算法的卫星舱 圆形设备布局构造方法， 步骤如下： 初始化圆形 设备参数； 初始化迭代次数、 最大迭代次数和狼 群算法， 采用半径优先策略和质量优 先策略得到 初始狼群， 将位置最优的狼设置为头狼； 狼群游 走， 将游走后位置最优的狼选为头狼； 头狼召唤 其余的狼奔袭； 狼群进行围攻， 并对围攻前和围 攻后的位置进行贪婪决策； 按照 “胜者为王 ”将狼 群中位置最优的狼设置为头狼， 完成一次迭代； 迭代次数达到最大迭代次数， 则输出最优布局结 果； 否则循环迭代。 本发 明无需转化成判定问题， 有效降低了计算时间， 可以提高搜索精度和求解 速度， 所得结果完全满足卫星舱布局的平衡性要 求， 可推广应用于卫星舱内非圆形设备的布局。 权利要求书3页 说明书14页 附图6页 CN 114004025 A 2022.02.01 CN 114004025 A 1.一种基于 狼群算法的卫星舱圆形设备布局构造方法， 其特 征在于， 其 步骤如下： 步骤1： 初始化圆形设备参数， 设置目标函数为卫星舱的容器半径最小， 约束条件为任 意两个圆形设备之间互不重 叠， 且卫星舱的静不平衡量小于允许值； 步骤2： 初始化迭代次数T＝1， 最大迭代次数Tmax； 初始化狼群算法： 狼群最大规模Nmax、 最小规模Nmin， 狼群规模N(T)＝Nmax； 分别采用半径优先策略和质量优先策略进行初始化得 到初始狼群， 将位置最优的狼设置为头 狼； 步骤3： 狼群游走H次， 其中头狼采用贪婪策略更新位置， 其余的狼无条件接收H次游走 中的最优位置， 并将游走后位置最优的狼 选为头狼； 步骤4： 头狼召唤其余的狼向其所在位置奔袭， 若奔袭途中某个狼的位置优于头狼， 则 代替头狼重新发起召唤， 直到每 个狼与头 狼之间的距离小于或等于围攻判定距离； 步骤5： 狼群进行围攻， 并对围攻前和围攻后的位置进行贪婪决策； 步骤6： 按照 “胜者为王”原则将狼群中位置最优的狼设置为头 狼， 完成一次迭代； 步骤7： 判断迭代次数T＝Tmax， 则输出最优布局结果， 包括容器半径、 圆形设备坐标和布 局图的结果； 否则令迭代次数T＝T+1， 按照 “强者生存 ”原则淘汰当前狼群中位置较差的狼， 将狼群规模更新 为 转步骤3。 2.根据权利要求1所述的基于狼群算法的卫星舱圆形设备布局构造方法， 其特征在于， 所述步骤1中圆形设备参数初始化为： 卫星舱内需要放置n个圆形设备， 圆形设备的质心和 形心重合， 第i个圆形设备Ci的圆心坐标为(xi,yi)， i＝1,2, …,n； 描述圆形设备Ci的大小的 度量指标 ri为圆形设备Ci的半径， mi为圆形设备Ci的质量， α和β 分别表示半径和 质量的启发信息； 将圆形 设备按照度量指标由大到小进行排序， 令Si表示圆形 设备Ci的大小 类型， 当|Si‑Sj|＜L时， 称圆形设备Ci和圆形设备Cj相似， L表示相似性范围； 所有与圆形设 备Ci相似的其 他圆形设备构成圆形设备Ci的相似物集 合Similari； 所述目标函数为： 卫星舱的容器半径R最小， 即所有圆形设备的最大包络圆半径最小， 所述不重叠的约束条件为： 其中， rj 为第j个圆形设备Cj的半径， (xj,yj)为圆形设备Cj的圆心坐标； 所述静不平衡量小于允许值的约束条件为： δ为允 许值。 3.根据权利要求1或2所述的基于狼群算法的卫星舱 圆形设备布局构造方法， 其特征在 于， 所述步骤2中采用半径优先策略进 行初始化的方法为： 将圆形设备按照半径从大到小进 行排序， 排名前一半的定义为半径较大 的圆形设备， 排名后一半的定义为半径较小的圆形 设备； 随机生成一个包含1～ n的不重复序列 布局顺序， 在保持相对顺序不变的前提下， 将半 径较大的圆形设备 的编码位向前移动， 半径较小圆形设备 的编码位向后移动， 初始化狼群 个体的位置； 所述采用质量优先策略进行初始化的方法为： 将圆形设备按照质量从大到小 进行排序， 排名前一半的定义为质量较大 的圆形设备， 排名后一半的定义为质量较小的圆 形设备； 随机生成一个布局顺序， 即包含1～n的不重复序列， 在保持相对顺序不变的前提权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114004025 A 2下， 将质量较大的圆形设备的编 码位向前移动， 质量较小圆形设备的编码位向后移动， 初始 化狼群个体的位置 。 4.根据权利要求3所述的基于狼群算法的卫星舱圆形设备布局构造方法， 其特征在于， 所述初始狼群包含Nmax个狼群个体， 其中一半狼群个体的位置由半径优先策略生成， 另一半 狼群个体的位置由质量优先策略生成； 采用启发式定位规则将狼群个体的位置 即布局顺序 解码成布局图， 并根据 布局图计算容器半径， 将获得最小容器半径的狼群个体设置为头狼； 所述步骤3‑5中狼群游走、 奔袭、 围攻时均调用启发式定位 规则更新狼群的位置 。 5.根据权利要求4所述的基于狼群算法的卫星舱圆形设备布局构造方法， 其特征在于， 所述启发式定位 规则的方法包 含如下步骤： Step1： 设置容器中心为坐标原点， 直接给出布局顺序中至少前两个圆形设备的放置位 置； Step2： 对于布局顺序中的下一个圆形设备， 计算 其在当前格局下的可 行位置； Step3： 根据卫星舱布局的紧凑性要求， 计算每 个可行位置的中心度； Step4： 根据卫星舱布局的平衡性要求， 计算每 个可行位置的偏离度； Step5： 将中心度和偏离度分别设置为圆形设备选择可行位置的刺激和阈值， 根据刺 激‑响应选择机制计算每 个可行位置的选择概 率； Step6： 基于 选择概率， 根据轮 盘赌策略确定下一个圆形设备的最终放置位置； Step7： 重复Step2 ‑6， 直到布局顺序中最后一个圆形设备放置 完毕； Step8： 将所有圆形设备的质心平移至容器中心， 计算所有圆形设备的最小包络圆半 径， 即为所 得容器半径。 6.根据权利要求5所述的基于狼群算法的卫星舱圆形设备布局构造方法， 其特征在于， 所述布局顺序中前t个圆形设备已放置好时称当前格局为t ‑阶段布局， 布局顺序中第t+1个 圆形设备的可 行位置指与前t个圆形设备中任意两个相切且与任意 一个不重 叠的位置； 所述计算每 个可行位置的选择概 率的方法为 t‑阶段布局下， 布局顺序中第t+1个圆形设备选择第e个可行位置的刺激为Ve＝CDe， 阈 值为We＝DDe， 根据刺激 ‑响应选择机制， 第e个可 行位置的选择概 率为： 且t‑阶段布局下， 布局顺序中第t+1个圆形设备的第e个可 行位置的中心度为： 其中， g为可行位置的个数， le为第e个可行位置到容器中心的距离， lf为第f个可行位置 到容器中心的距离； 在t‑阶段布局下， 布局顺序中第t+1个圆形设备的第e个可 行位置的偏离度为： 其中， g为可行位置的个数， 为将圆形设备放置到第e个可行位置上卫星舱的质心偏 离容器中心的角度， 为将圆形设备放置到第f个可行位置上卫星舱的质心偏离容器中心 的角度。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114004025 A 3