JP2000172664A - Optimum route and optimum circulation route searching method - Google Patents

Optimum route and optimum circulation route searching method

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JP2000172664A JP11153568A JP15356899A JP2000172664A JP 2000172664 A JP2000172664 A JP 2000172664A JP 11153568 A JP11153568 A JP 11153568A JP 15356899 A JP15356899 A JP 15356899A JP 2000172664 A JP2000172664 A JP 2000172664A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To search in a short time an optimum route through all designated via points with little calculation quantity. SOLUTION: A prescribed number of routes (individuals), which are expressed in expanded genetic types, from a start S to a goal G are prepared as an initial individual group and by repeatedly applying a genetic algorithm to that individual group expressed with the expanded genetic types, the optimum route from the start through all designated via points A and B to the goal is searched. In this case, the weight is determined corresponding to the number of designated via the points included in the individual (route), and the inverse of a value multiplying the weight to a distance from the start of that individual to the goal is defined as the evaluation function of the genetic algorithm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は遺伝的アルゴリズム
(GA:Genetic Algorithm)を用いて最適経路を探索する
最適経路探索方法に係り、特に、少ない演算量で全指定
経由点を通る出発地から目的地までの最適経路を探索す
る最適経路探索方法、並びに、出発地と目的地が同一で
全指定経由点を通過する最適巡回経路、あるいは指定さ
れた上限コスト以下で最大数の経由点を通過する最適巡
回経路を探索する最適巡回経路探索方法に関する。
The present invention relates to a genetic algorithm
The present invention relates to an optimal route search method for searching for an optimal route using (GA: Genetic Algorithm), and particularly to an optimal route search method for searching for an optimal route from a departure point to a destination through all designated via points with a small amount of computation, Also, the present invention relates to an optimal traveling route searching method for searching for an optimal traveling route that passes through all designated transit points with the same departure point and destination, or an optimal traveling route that passes through a maximum number of transit points with a specified upper limit cost or less.

【0002】[0002]

【従来の技術】車載ナビゲーション装置には、車両を出
発地から目的地まで誘導する経路誘導機能が設けられて
いる。かかる経路誘導機能によれば、目的地を設定する
と、出発地(現車両位置)から目的地までの最適経路
(例えば最短距離の経路)を探索し、探索した最短経路
をモニター画面に表示してドライバを目的地に向けて案
内する。従来、かかる最短経路問題に使用可能な探索法
として、全探索法の一種である深さ優先探索(dfs)法、
幅優先探索(bfs)法が知られている。しかし、これらは
探索に時間がかかるという欠点を持っている。そこで、
幅優先探索法の一種であるダイクストラ(dijkstra)法
が提案されている。ダイクストラ法は探索時間が短いた
め、この方法を応用した多くの手法が提案され、主流と
なっている。
2. Description of the Related Art A vehicle navigation system is provided with a route guidance function for guiding a vehicle from a departure place to a destination. According to the route guidance function, when a destination is set, an optimum route (for example, a route of the shortest distance) from the departure place (current vehicle position) to the destination is searched, and the searched shortest route is displayed on a monitor screen. Guide the driver to the destination. Conventionally, as a search method that can be used for such a shortest path problem, a depth-first search (dfs) method, which is a type of full search method,
A breadth-first search (bfs) method is known. However, they have the disadvantage that the search takes time. Therefore,
A Dijkstra method, which is a kind of breadth-first search method, has been proposed. Since the Dijkstra method has a short search time, many methods that apply this method have been proposed and become mainstream.

【0003】しかしながら、従来のダイクストラ法等の
経路探索法では、二地点間距離が短い複数の経路候補
(最短経路及びそれに準ずる経路)を一度の探索で選び
出すことは困難であった。このため、ドライバは選ばれ
た最短経路に満足できなければ、次の候補を見つけ出す
ために、新たに経路探索を始めからやり直さなければな
らない問題がある。又、従来の経路探索方法では、最初
から経路探索をやり直しても、第2順位に短い経路が必
ず選ばれるとは限らない問題がある。そこで、本願出願
人は、特願平9-285154号(出願日:平成9年10月17日、発
明の名称:最適経路探索方法)において、遺伝的アルゴリ
ズム(GA)を用いて最適経路を探索でき、しかも、1回
の経路探索で最短経路とこれに準ずる経路を同時に探索
できる最適経路探索方法を提案している(第1提案方
法)。
However, in the conventional route search method such as the Dijkstra method, it is difficult to select a plurality of route candidates having the shortest point-to-point distance (the shortest route and a route similar thereto) by a single search. For this reason, if the driver is not satisfied with the selected shortest route, there is a problem that a new route search must be performed from the beginning to find the next candidate. Further, in the conventional route search method, there is a problem that even if the route search is performed again from the beginning, a route having a shorter second rank is not always selected. Therefore, the applicant of the present application searched for an optimal route using a genetic algorithm (GA) in Japanese Patent Application No. 9-285154 (filing date: October 17, 1997, title of the invention: optimal route searching method). An optimal route search method has been proposed in which the shortest route and a route similar thereto can be simultaneously searched in a single route search (first proposed method).

【0004】一方、複数の経由地を通り目的地に到着す
る場合の最適経路探索が知られている。従来の複数経由
点を通過する経路探索では、 ユーザーが経由地点を経由順、および最終目的地を入
力し、 ナビゲーション装置が出発点から第1経由地までの最
短経路をダイクストラ法などにより探索し、 ついで、第1経由地から第2経由地までの最短経路を
探索し、・・・以下同様の手順を踏む事により複数の経
由地を通り目的地に到着する最適経路の探索を行ってい
る。 しかし、この方法では、経由地点の経由順が固定されて
おり、得られた結果が全ルートに対し最適なものである
との保証はない。特に、近隣観光地を効率よく巡るよう
な場合、不慣れな観光地周辺の経由順を事前に入力する
事は難しいのが現実である。そこで、本願発明者等は、
遺伝的アルゴリズム(GA)により、出発地より複数の
経由地を通り目的地に到着する場合の最適経路探索法を
提案している(第2提案方法、97年12月電気通信学会 IE
研究会にて報告、電気通信学会技術報告書 CAS97-6,VLD
97-6,DSP97-21:論文名「複数経由指定を伴う経路探索に
関する考察」参照)。
On the other hand, there is known an optimal route search when arriving at a destination through a plurality of transit points. In the conventional route search that passes through multiple waypoints, the user inputs the order of the waypoints and the final destination, and the navigation device searches for the shortest route from the starting point to the first waypoint using the Dijkstra method, Then, the shortest route from the first stopover to the second stopover is searched for, and by following the same procedure, the optimum route that reaches the destination through a plurality of stopovers is searched for. However, in this method, the order of the route points is fixed, and there is no guarantee that the obtained result is optimal for all routes. In particular, in the case of efficiently traveling around a nearby sightseeing spot, it is actually difficult to input in advance the order of travel around an unfamiliar sightseeing spot. Therefore, the present inventors,
Using a genetic algorithm (GA), we have proposed an optimal route search method when arriving at a destination through multiple transit points from a departure point (the second proposed method, IEICE December 1997 IE)
Reported at the study group, Technical report of the Institute of Telecommunications, CAS97-6, VLD
97-6, DSP97-21: Refer to the paper title "Consideration on route search with multiple via designation").

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第2の
提案方法では、探索過程において全経由点を通過する経
路を表現する個体以外を致死遺伝子としている。このた
め、初期集団の発生や交叉の際に、致死遺伝子でない個
体が生成されるまでの個体発生の処理を繰り返すため、
多くの計算量を要する。又、出発地より複数の指定経由
地を通って目的地に到る最適経路探索に加えて、いくつ
かの指定経由地(たとえば観光地)を巡って出発点に戻
るいわゆる巡回ルートの最適経路探索もナビゲーション
装置の有効活用の点から必要不可欠な機能である。又、
上限コスト(たとえば最大走行距離)で全指定経由地を
巡回できなければ、上限コスト以内で最大数の指定経由
地を通過して出発地に戻る最適巡回経路を探索すること
もナビゲーション装置の有効活用の点から必要不可欠な
機能である。このためこれら機能を実現する経路探索方
法が要望されている。
However, in the second proposed method, in the search process, all but the individual expressing the route passing through all the waypoints are used as lethal genes. For this reason, at the time of generation or crossover of the initial population, in order to repeat the process of individual generation until an individual that is not a lethal gene is generated,
Requires a lot of computation. In addition to the optimal route search from the departure point to the destination through a plurality of designated transit points, the so-called optimal route search of a so-called tour route returning to the departure point over several designated transit points (for example, sightseeing spots). Is also an indispensable function in terms of effective use of the navigation device. or,
If it is not possible to traverse all designated transit points at the upper limit cost (for example, the maximum mileage), it is also effective to use the navigation device to search for an optimal patrol route that returns to the departure point through the maximum number of designated transit points within the upper limit cost. It is an indispensable function in terms of. Therefore, a route search method that realizes these functions is demanded.

【0006】以上より、本発明の目的は、少ない計算量
で、かつ、短時間に全指定経由点を通過する最適経路を
探索できる最適巡回経路探索方法を提供することであ
る。本発明の別の目的は、重みを最適値になるように決
定し、これにより、局所解に陥ることなく最適解が得ら
れるようにすることである。本発明の別の目的は、指定
された全経由地点を通過する最適な巡回経路の探索がで
きる最適巡回経路探索方法を提供することである。本発
明の別の目的は、上限コスト以下で最大数の指定経由地
を通過して出発地に戻る最適の巡回経路の探索ができる
最適巡回経路探索方法を提供することである。
As described above, an object of the present invention is to provide an optimal traveling route search method capable of searching for an optimal route passing through all designated via points in a short time with a small amount of calculation. It is another object of the present invention to determine the weights to be an optimal value, so that an optimal solution can be obtained without falling into a local solution. It is another object of the present invention to provide an optimal traveling route searching method capable of searching for an optimal traveling route passing through all designated route points. It is another object of the present invention to provide an optimal route search method capable of searching for an optimal route that returns to a departure place after passing through a maximum number of designated transit points with an upper limit cost or less.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】第1の地点(出発地)か
ら指定されたN個の経由点を通って第2の地点(目的
地)に到る経路を探索する場合、全実ノードにおける最
大接続ノード数Mと指定経由点数に1を加えた(N+1)の
うち小さい方を仮想ノード数kとし、各実ノードについ
て戻り経路を可能にするためにk個の仮想ノードを用意
し、第1の地点から第2の地点までの全通過実ノードに
応じた仮想ノードを遺伝子として有すると共に、遺伝的
アルゴリズムにおける交叉処理が可能な構造を有する拡
張遺伝子型を設計し、該拡張遺伝子型により表現された
第1の地点から第2の地点までの経路(個体)を所定
数、初期個体群として用意し、該拡張遺伝子型構造を備
えた個体群に遺伝的アルゴリズムを繰り返し適用し、該
遺伝的アルゴリズムにより全経由点を通過する第1の地
点から第2の地点までの最適経路を探索する。この場
合、前記個体(経路)に含まれる指定経由点数に応じて
重みを決定し、該個体の第1の地点から第2の地点まで
の距離に前記重みを乗じた値の逆数を遺伝的アルゴリズ
ムにおける評価関数とする。このようにすれば、従来、
致死遺伝子としていた個体を活用して効率的に最適経路
探索を行え、計算量を削減し、かつ、短時間で最適経路
の探索ができる。又、重みは最初小さめに設定し、遺伝
的アルゴリズムを適用する毎に求まるn個の指定経由点
を含む経路の最短経路長Lnと、(n-1)個の指定経由点を
含む経路の最短経路長Ln-1に重みαn-1を乗算した経路
長Ln-1・αn-1との大小を比較し、Ln>Ln-1・αn-1
あれば、重みを所定割合増加し、重みが最適値になるよ
うに制御する。このように、重みが最適値になるように
制御するから、局所解に陥ることなく極めて高い確率で
最適解を得ることができる。
When searching for a route from a first point (departure point) to a second point (destination) through N designated waypoints, all of the real nodes The smaller of the maximum number M of connected nodes and (N + 1) obtained by adding 1 to the number of designated via points is set as the number k of virtual nodes, and k virtual nodes are prepared to enable a return path for each real node. , An extended genotype having a virtual node corresponding to an all-passing real node from the first point to the second point as a gene and having a structure capable of performing crossover processing in a genetic algorithm, and designing the extended genotype; A predetermined number of routes (individuals) from the first point to the second point represented by are prepared as an initial population, and a genetic algorithm is repeatedly applied to the population having the expanded genotype structure, By genetic algorithm Searching for the optimum route from the first point which passes all over point to the second point. In this case, a weight is determined according to the designated number of via points included in the individual (route), and the reciprocal of a value obtained by multiplying the distance from the first point to the second point of the individual by the weight is determined by a genetic algorithm. And the evaluation function in. In this way,
The optimal route search can be efficiently performed by utilizing the individual that has been the lethal gene, the amount of calculation can be reduced, and the optimal route can be searched in a short time. In addition, the weight is initially set to be small, and the shortest path length L n of the path including n designated via points obtained each time the genetic algorithm is applied, and the shortest path length L n of the path including (n-1) designated via points comparing the magnitude of the path length L n-1 · α n- 1 for the shortest route length L n-1 multiplied by the weight α n-1, if L n> L n-1 · α a n-1, The weight is increased by a predetermined ratio, and control is performed so that the weight becomes an optimum value. As described above, since the weight is controlled to be the optimum value, the optimum solution can be obtained with extremely high probability without falling into the local solution.

【0008】又、上記の最適経路探索において、第1の
地点と第2の地点が同一地点(出発地)である最適巡回
経路を探索する場合、出発地から(N-1)個の指定経由点
を通って最後の経由点に到る経路の全通過実ノードに応
じた仮想ノードを遺伝子として有する拡張遺伝子型と、
最後の指定経由点から出発地に到る経路の全通過実ノー
ドを遺伝子として有する遺伝子型とを組み合わせて表現
された巡回経路(個体)を所定数、初期個体群として用
意し、前記個体群に遺伝的アルゴリズムを繰り返し適用
して全指定経由点を通って出発地に戻る最適巡回経路を
探索する。
In the above-described optimal route search, when searching for an optimal circuit route in which the first point and the second point are the same point (departure point), (N-1) designated routes from the departure point An extended genotype having, as a gene, a virtual node corresponding to an all-passing real node of the route to the last waypoint through the point,
A predetermined number of traveling routes (individuals) expressed in combination with genotypes having, as genes, all the passing actual nodes of the route from the last designated waypoint to the departure point as a gene are prepared as an initial population. A genetic algorithm is repeatedly applied to search for an optimal traveling route that returns to the starting point through all designated waypoints.

【0009】更に、指定経由点を全て通る所定数の第1
の個体群、(N-1)個の指定経由点を通る所定数の第2の
個体群、(N-2)個の指定経由点を通る所定数の第3の個
体群、・・・を用意し、それぞれの個体群について遺伝
的アルゴリズムを繰り返し適用して全経由点を通過する
最適の巡回経路、(N-1)個の経由点を通る最適の巡回経
路、(N-2)個の経由点を通る最適の巡回経路、・・・を
求め、指定された上限コスト以下で最大数の経由点を通
過する巡回経路を探索する。
In addition, a predetermined number of the first
, A predetermined number of second populations passing through (N-1) designated transit points, a predetermined number of third populations passing through (N-2) designated transit points, ... Prepared, the genetic circuit is repeatedly applied to each population, and the optimal circuit path that passes through all the waypoints, the optimal circuit path that passes through (N-1) waypoints, and (N-2) .. Are determined, and a search is made for a route that passes through the maximum number of route points with the specified upper limit cost or less.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】(A)本発明の概略 (a)本発明を適用できるナビゲーション装置の第1の
構成 図1は本発明の最適経路探索を説明するためのナビゲー
ション装置の概略構成図である。図中、1は地図情報を
記憶するCD−ROM、DVD等の地図情報記憶媒体、
2は自車位置を検出する車両位置検出部で、自立航法セ
ンサー(車速センサー、方位センサーなど)やGPSで
構成されるもの、3は目的地や経由点の設定、メニュー
項目選択による各種指示、地図の拡大/縮小等の操作を
行うリモコンユニット、4はナビゲーション制御部にお
ける経路探索ユニット、5は地図及び最適経路たとえば
出発地Sから指定経由点A、Bを通って目的地に至る最
適経路MSPを表示するモニターである。
(A) Outline of the present invention (a) First configuration of a navigation device to which the present invention can be applied FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a navigation device for explaining an optimum route search according to the present invention. is there. In the figure, reference numeral 1 denotes a map information storage medium such as a CD-ROM or a DVD for storing map information;
Reference numeral 2 denotes a vehicle position detection unit for detecting the position of the own vehicle, which is composed of a self-contained navigation sensor (vehicle speed sensor, direction sensor, etc.) and GPS. 3 is a destination and waypoint setting, various instructions by menu item selection, A remote control unit for performing operations such as enlargement / reduction of the map, 4 is a route search unit in the navigation control unit, 5 is a map and an optimal route, for example, an optimal route MSP from the departure point S to the destination through designated via points A and B. Is a monitor that displays.

【0011】経路探索ユニット4は、出発地S、目的地
G及び経由点A,Bが入力されて経路探索が指令される
と、遺伝的アルゴリズム(GA)に基づいて出発地Sか
ら指定経由点A,Bを通って目的地Gに至る最適経路探
索を開始し、得られた最適経路MSPをモニター5に表
示する。すなわち、経路探索ユニット4は、拡張遺伝子
型により表現された出発地から目的地までの経路(個
体)を所定数、初期個体群として用意し、該拡張遺伝子
型構造を備えた個体群に遺伝的アルゴリズムを繰り返し
適用し、該遺伝的アルゴリズムにより全経由点を通過す
る出発地から目的地までの最適経路を探索する。この場
合、前記個体(経路)に含まれる指定経由点数に応じて
重みを決定し、該個体の出発地から目的地までの距離に
前記重みを乗じた値の逆数を遺伝的アルゴリズムにおけ
る評価関数とする。重みは最初小さめに設定し、遺伝的
アルゴリズムを適用する毎に求まるn個の指定経由点を
含む経路の最短経路長Lnと、(n-1)個の指定経由点を含
む経路の最短経路長Ln-1に重みαn-1を乗算した経路長
n-1・αn-1との大小を比較し、Ln>Ln-1・αn-1であ
れば、重みを所定割合増加し、重みが最適値になるよう
に制御する。
When the route search unit 4 inputs a departure place S, a destination G, and waypoints A and B and instructs a route search, the route search unit 4 starts from the departure place S based on the genetic algorithm (GA). The search for the optimum route to the destination G through A and B is started, and the obtained optimum route MSP is displayed on the monitor 5. That is, the route search unit 4 prepares a predetermined number of routes (individuals) from the departure point to the destination represented by the extended genotype as an initial population, and genetically prepares a population having the extended genotype structure. The algorithm is repeatedly applied, and the genetic algorithm searches for the optimal route from the starting point to the destination that passes through all the waypoints. In this case, a weight is determined according to the designated via points included in the individual (route), and the reciprocal of a value obtained by multiplying the distance from the departure place to the destination of the individual by the weight is used as an evaluation function in the genetic algorithm. I do. The weight is initially set to be small, and the shortest path length L n of a path including n designated via points obtained each time the genetic algorithm is applied, and the shortest path length of a path including (n-1) designated via points comparing the magnitude of the path length L n-1 · α n- 1 to the length L n-1 multiplied by the weight α n-1, if L n> L n-1 · α a n-1, the weight Control is performed so that the weight increases by a predetermined ratio and the weight becomes an optimum value.

【0012】以上、本発明の経路探索方法は、ビルディ
ングブロック仮設(D.E.Goldberg,"Generic Algorithms
in Search Optimization and Machine Learning" Addis
on. Wesley, 1989)に基づき、個体(経路)の持つ経由点
数に依存する重みを評価関数に導入した探索手法であ
る。この重みの制御により、従来、致死遺伝子としてい
た個体に含まれる有効なスキマタ(schemata:schemaの複
数形)を消失することなく効率的に探索を行い、計算量
を削減することが可能となる。スキマタとは「配列」を意
味し、GAでは染色体中の意味のあるパターン、あるい
は遺伝子の並びのことをいう。
As described above, the route search method of the present invention uses the temporary building block (DEGoldberg, "Generic Algorithms
in Search Optimization and Machine Learning "Addis
on. Wesley, 1989), which is a search method that introduces a weight depending on the number of via points of an individual (route) into an evaluation function. By controlling the weights, it is possible to efficiently search without losing effective skimmers (plural forms of schemata) contained in an individual that has been a lethal gene, and to reduce the amount of calculation. Skimata means "sequence", and GA means a meaningful pattern in chromosome or arrangement of genes.

【0013】図2は本発明の最適巡回経路探索を説明す
るためのナビゲーション装置の概略構成図であり、図1
と同一部分には同一符号を付しており、モニター5には
地図及び最適巡回経路たとえば出発地Sから指定経由点
A、B、Cを通って出発地に戻る最適巡回経路MSRP
が表示されている。経路探索ユニット4は、出発地S及
び経由点A,B,Cが入力されて巡回経路探索が指令さ
れると、遺伝的アルゴリズム(GA)に基づいて出発地
Sから指定経由点A,B,Cを通って出発地に戻る最適
巡回経路探索を開始し、得られた最適巡回経路MSRP
をモニター5に表示する。すなわち、経路探索ユニット
4は、最適巡回経路を探索する場合、出発地から(N-1)
個(上記例ではN=3)の指定経由点を通過して最後のN番
目の経由点に到る経路の拡張遺伝子型構造と、最後のN
番目の指定経由点から出発地に到る経路の遺伝子型構造
を組み合わせて表現した巡回経路(個体)を所定数、初
期個体群として用意し、該個体群に遺伝的アルゴリズム
を繰り返し適用して最適巡回経路MSRPを探索する。
FIG. 2 is a schematic block diagram of a navigation device for explaining the optimal traveling route search according to the present invention.
The same reference numerals are given to the same parts, and the monitor 5 displays a map and an optimal circuit route, for example, an optimal circuit route MSRP that returns from the departure point S to the departure point through the designated waypoints A, B, and C.
Is displayed. When the departure point S and the waypoints A, B, and C are input and the traveling route search is instructed, the route search unit 4 sends the designated waypoints A, B, and the like from the departure point S based on the genetic algorithm (GA). A search for the optimal route MSRP which returns to the departure point through C is started, and the obtained optimal route MSRP is obtained.
Is displayed on the monitor 5. That is, when searching for the optimal circuit route, the route search unit 4 determines (N-1)
The extended genotype structure of the route from the specified (N = 3 in the above example) waypoint to the last Nth waypoint, and the last N
A predetermined number of tour routes (individuals) expressed by combining the genotype structures of the routes from the designated route point to the departure point are prepared as an initial population, and the genetic algorithm is repeatedly applied to the population to optimize the population. Search for the route MSRP.

【0014】又、経路探索ユニット4は、上限コストが
指定されている場合には、指定経由点を全て通る所定数
の第1の個体群、(N-1)個の指定経由点を通る所定数の
第2の個体群、(N-2)個の指定経由点を通る所定数の第
3の個体群、・・・を用意し、それぞれの個体群につい
て遺伝的アルゴリズムを繰り返し適用して全経由点を通
過する最適の巡回経路、(N-1)個の経由点を通る最適の
巡回経路、(N-2)個の経由点を通る最適の巡回経路、・
・・を求め、指定された上限コスト以下で最大数の経由
点を通過する巡回経路を探索する。
When the upper limit cost is specified, the route search unit 4 determines that the predetermined number of first individuals passing through all the designated waypoints and the predetermined number of (N-1) designated waypoints passing through the designated waypoints A number of second populations, a predetermined number of third populations passing through (N-2) designated waypoints,... Are prepared, and the genetic algorithm is repeatedly applied to each population to obtain a total. Optimal circuit path passing through waypoints, optimal circuit path passing through (N-1) waypoints, optimal circuit path passing through (N-2) waypoints,
··· is searched for a route that passes through the maximum number of waypoints with the specified upper limit cost or less.

【0015】(b)遺伝的アルゴリズムの概略 図3は遺伝的アルゴリズムの概略フロー図であり、図4
は遺伝的アルゴリズムにおける一般的な個体表現説明図
である。遺伝的アルゴリズムGAにおいて、各個体(探
索点)の形質は染色体として表わされる(図4参照)。
染色体は遺伝子により構成され、各遺伝子は個体の部分
形質を表現する。各個体の染色体は後述する各GA操作
が有効に行われるように表現する必要がある。更に、問
題の解候補をすべて探索範囲とするために、全ての解候
補を表現できる必要があり、また染色体で表現可能な個
体は冗長な探索を防ぐため、全て解候補であることが望
ましい。
(B) Outline of Genetic Algorithm FIG. 3 is a schematic flowchart of the genetic algorithm.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a general individual expression in a genetic algorithm. In the genetic algorithm GA, the trait of each individual (search point) is represented as a chromosome (see FIG. 4).
The chromosome is composed of genes, and each gene represents a partial trait of an individual. The chromosome of each individual needs to be expressed so that each GA operation described later is effectively performed. Further, it is necessary that all solution candidates can be expressed in order to make all solution candidates in the search range, and it is desirable that all individuals that can be represented by chromosomes are solution candidates in order to prevent redundant search.

【0016】遺伝的アルゴリズムGAにおいては、個体
の初期集団を乱数を用いて作成する(ステップ10
1)。但し、何らかの予備知識が存在する場合には、適
応度が高いと思われる個体を初期集団として作成する。
初期集団内に存在しない遺伝子は突然変異によってのみ
発生する。このため初期集団の作成法が探索効率に大き
く影響する場合がある。ついで、個体の適応度を評価す
る(ステップ102)。適応度は各個体の染色体が表す
形質の評価である。この適応度の評価関数を任意に決定
できることがGAの特徴の一つである。また、この適応
度を用いて選択を行なうために評価関数の設定が探索の
効率に大きく影響する。各個体について適応度が求まれ
ば、探索点集合(最初は、初期集団)から個々の適応度
や探索の進み具合などに応じて次世代の個体の基となる
個体を選択する(選択淘汰、ステップ103)。尚、選
択法によっては、特定の遺伝子が急速に広がり局所解で
すらない同一の個体で占められてしまう初期収束の問題
が生じる場合がある。
In the genetic algorithm GA, an initial population of individuals is created using random numbers (step 10).
1). However, when there is some prior knowledge, an individual considered to have high fitness is created as an initial group.
Genes that are not present in the initial population only arise from mutations. For this reason, the method of creating the initial group may greatly affect the search efficiency. Next, the fitness of the individual is evaluated (step 102). Fitness is an evaluation of the trait represented by the chromosome of each individual. One of the features of the GA is that the fitness evaluation function can be arbitrarily determined. In addition, the setting of the evaluation function for making a selection using this fitness greatly affects the efficiency of the search. Once the fitness is determined for each individual, the individual that is the basis for the next generation of individuals is selected from the set of search points (initially the initial population) according to the individual fitness and the progress of the search (selection, Step 103). Depending on the selection method, there may be a problem of initial convergence in which a specific gene spreads rapidly and is occupied by the same individual who is not a local solution.

【0017】しかる後、選択操作によって選ばれた複数
の個体からなる個体群から所定の発生頻度で2つの親個
体を選択し染色体を組み変えて、子の染色体を作る(交
叉、ステップ104)。交叉によって作成された新しい
個体は基となる複数の親の形質を継承していることが重
要である。交叉処理後、突然変異操作により遺伝子を一
定の確率で変化させる(突然変異、ステップ105)。
突然変異はあまり頻繁に発生すると、ランダムサーチ化
してしまう。しかし、初期集団の遺伝子の組み合わせ以
外の染色体の作成には、突然変異による遺伝子の変化が
必要である。上記ステップ102〜105を終了条件が
満たされるまで繰返し(ステップ106)、該条件が成
立すると探索処理を終了する。
Thereafter, two parent individuals are selected at a predetermined occurrence frequency from a population of a plurality of individuals selected by the selection operation, and chromosomes are rearranged to form child chromosomes (crossover, step 104). It is important that new individuals created by crossover inherit the traits of the underlying parents. After the crossover process, the gene is changed with a certain probability by a mutation operation (mutation, step 105).
If mutations occur too frequently, they are randomly searched. However, the creation of a chromosome other than the combination of genes in the initial population requires a change in the gene due to mutation. The above steps 102 to 105 are repeated until the termination condition is satisfied (step 106), and when the condition is satisfied, the search process is terminated.

【0018】以上が一般的な遺伝的アルゴリズムGAの
概略であり、かかる遺伝的アルゴリズムGAを最適経路
探索に適用するには、予め以下の項目(各種の規則やパ
ラメータ)を経路探索用に変形あるいは実現する必要が
ある。これらのパラメータを適切に選ばなければ、最適
解に収束するために多くの計算時間がかかったり、局所
解に陥って最適解が得られないなどの問題が起こる。 ・個体の形質表現 ・初期集団の作成法 ・適応度の評価関数 ・選択淘汰方法 ・交叉方法 ・突然変異方法 ・探索終了条件 ・個体数
The above is an outline of a general genetic algorithm GA. To apply the genetic algorithm GA to an optimal route search, the following items (various rules and parameters) must be modified or modified in advance for the route search. It needs to be realized. If these parameters are not properly selected, problems such as a long calculation time required to converge to an optimal solution and a problem of falling into a local solution and failing to obtain the optimal solution occur. -Individual trait expression-Initial population creation method-Fitness evaluation function-Selective selection method-Crossover method-Mutation method-Search termination condition-Number of individuals

【0019】(c)2点間最短経路探索に適用できる遺
伝子型の設計 交叉の際の計算量および致死遺伝子の抑制、次世代の個
体の多様性の維持を目的として次のような遺伝子型を設
計した。図5は個体である経路を表現する構造(遺伝子
型構造)の説明図であり、(a)はマップ情報、(b)
遺伝子説明図、(c)は出発地0から目的地4までの経
路0→5→9→10→4を表現型としてもつ遺伝子型の
例である。この遺伝子型は、経由するノード番号を遺伝
子として持つ。これは後述の交叉の条件を満たすため、
パス表現を応用した等長の遺伝子型となっている。具体
的には、ノード番号mからノード番号nへの経路(以
後、経路m→nと表す)はm番目の遺伝子座にnを格納
することによって表され、出発点から到着点までの経路
についてこれを繰り返し、途中一度も経由しないノード
についてはそのノードが接続しているノードの集合の中
から、ランダムに一つを選択して格納する。例えば図5
(a)に示すマップ情報が与えられている場合、経路0
→5→9→10→4を表現型に持つ遺伝子型の一例は、
図5(c)に示すように 1 2 3 4 6 7 8 10・・・ノード番号 ↓ ↓ ↓ ↓・・・矢印は経路を示す 〔5 2 6 8 3 9 7 8 5 10 4〕・・遺伝子座 となる。上段はノード番号、下段は遺伝子座である。
(C) Design of genotype applicable to search for shortest path between two points The following genotypes are used for the purpose of suppressing the amount of calculation at the time of crossover, suppressing lethal genes, and maintaining the diversity of individuals of the next generation. Designed. FIG. 5 is an explanatory diagram of a structure (genotype structure) expressing a path as an individual, (a) is map information, (b)
FIG. 7 (c) is an example of a genotype having a route 0 → 5 → 9 → 10 → 4 from a starting point 0 to a destination 4 as a phenotype. This genotype has a passing node number as a gene. This satisfies the crossover condition described below,
It is a genotype of equal length using path expression. Specifically, the path from the node number m to the node number n (hereinafter, referred to as path m → n) is represented by storing n in the m-th locus, and the path from the start point to the arrival point This process is repeated, and for a node that does not pass through even once, one is randomly selected from the set of nodes to which the node is connected and stored. For example, FIG.
If the map information shown in FIG.
An example of a genotype having a phenotype of → 5 → 9 → 10 → 4 is
As shown in FIG. 5C, 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... Node numbers ↓ ↓ ↓ ↓... Arrows indicate routes [5 2 6 8 3 9 7 8 5 10 4]・ ・ It becomes a locus. The upper row is the node number, and the lower row is the locus.

【0020】0番目の遺伝子座に5が、5番目の遺伝子
座に9が、9番目の遺伝子座に10が、10番目の遺伝
子座に4が格納されていることが確認できる。下線を付
さないノード番号で示した遺伝子座にある遺伝子は、ノ
ード番号の遺伝子(ノード)から次に行くことのできる
ノードの中からランダムに選んだものを格納しており、
このノードの選び方によって、同じ表現型を持った異な
る遺伝子型が生成されることがわかる。以上により設計
された遺伝子型は、表現型と遺伝子型が1対多に対応し
ている。
It can be confirmed that 5 is stored at the 0th locus, 9 is stored at the 5th locus, 10 is stored at the 9th locus, and 4 is stored at the 10th locus. The gene at the locus indicated by the node number without underline stores a randomly selected one from the nodes that can go next from the gene (node) of the node number,
It can be seen that different genotypes having the same phenotype are generated depending on how to select this node. In the genotypes designed as described above, the phenotype and the genotype correspond one-to-many.

【0021】(B)2点間最短経路探索(第1提案方
法) 図6は2点間最短経路探索を遺伝的アルゴリズムGAに
基づいて実行する構成図である。尚、後述する「複数経
由点指定を伴う最短経路探索」、「全指定経由点を通る
最適巡回経路探索」、「上限コストが設定されている場
合の最適巡回経路探索」を実行する構成も図6と同一に
なるが、処理方法は異なる。図中、11は計算機により
算出された出発地から目的地までの経路(個体)の初期
集団を作成する初期集団作成部、12は評価関数に基づ
いて各個体の適応度を計算する適応度算出部、13は探
索終了判定部であり、適応度が変化しなくなったとき、
あるいは探索回数が設定回数になったとき探索終了と判
定するもの、14は探索終了により探索された個体、す
なわち、適応度が最高の経路(たとえば最短経路)を出
力し、あるいは、必要に応じて最短経路と共に第2、第
3順位の経路を出力する最短経路出力部、15は適応度
の高い個体を選択する選択淘汰処理部、16は選択され
た個体(親)の遺伝子(ノード)を入れ替える交叉処理
部、17は個体の遺伝子(ノード)を所定の規則に従っ
て変異させる突然変異処理部である。
(B) Search for Shortest Path Between Two Points (First Proposed Method) FIG. 6 is a configuration diagram for executing the search for the shortest path between two points based on a genetic algorithm GA. It should be noted that the configuration for executing “the shortest route search with designation of a plurality of via points”, “optimal tour route search through all designated via points”, and “optimum tour route search when an upper limit cost is set” described later is also illustrated in FIG. 6, but the processing method is different. In the figure, reference numeral 11 denotes an initial group creation unit for creating an initial group of routes (individuals) from a departure point to a destination calculated by a computer, and 12 denotes a fitness calculation for calculating fitness of each individual based on an evaluation function. The unit 13 is a search end determination unit, and when the fitness is no longer changed,
Alternatively, when the number of searches reaches the set number, it is determined that the search has ended. Reference numeral 14 outputs the individual searched by the end of the search, that is, the route having the highest fitness (for example, the shortest route), or if necessary. A shortest path output unit that outputs the second and third rank paths together with the shortest path, 15 is a selection and selection processing unit that selects an individual with high fitness, and 16 replaces the gene (node) of the selected individual (parent). The crossover processing unit 17 is a mutation processing unit that mutates an individual gene (node) according to a predetermined rule.

【0022】(a)初期集団作成部 2点間最短経路探索では図5に示すように地図上の道路
交差点(ノード)を遺伝子として用い、その遺伝子座に
おける1次元配列を染色体として扱う。個体数は多いほ
ど探索点が多くなるため解候補の多様性が高くなり、良
い結果が得られるが、探索時間が長くなる。実験を行っ
た結果、約40以下の個体数では安定した探索が行われ
ないことが確認された。従って、本実験では個体数を5
0に定める。以上より、初期集団作成部11は、50個
の個体からなる初期集団を作成する。
(A) Initial group creation unit In the shortest path search between two points, as shown in FIG. 5, a road intersection (node) on a map is used as a gene, and a one-dimensional array at the locus is treated as a chromosome. As the number of individuals increases, the number of search points increases, so that the diversity of solution candidates increases, and good results are obtained, but the search time increases. As a result of the experiment, it was confirmed that stable search was not performed with the number of individuals of about 40 or less. Therefore, in this experiment, the number of individuals was 5
Set to 0. As described above, the initial group creation unit 11 creates an initial group consisting of 50 individuals.

【0023】(b)適応度算出部 適応度算出部12は、各個体の適応度を次式 Fitness =1/(Σrlength(i)) i=1〜M (1) で示す評価関数を用いて算出する。ただし、Mを出発点
から到着点までに経由するノードの個数、rlength(i)を
i番目と(i-1)番目のノード間の経路長とする。最短経路
問題では経路長が短いほど適応度が高くなる評価関数を
設定する必要があり、式(1)のように、経路長の総和の
逆数により定義した。
(B) Fitness Calculation Unit The fitness calculation unit 12 calculates the fitness of each individual by using an evaluation function represented by the following equation: Fitness = 1 / (Σrlength (i)) i = 1 to M (1) calculate. Where rlength (i) is the number of nodes that pass through M from the starting point to the arriving point.
The path length is between the i-th node and the (i-1) -th node. In the shortest path problem, it is necessary to set an evaluation function in which the fitness becomes higher as the path length is shorter, and is defined by the reciprocal of the sum of the path lengths, as in Equation (1).

【0024】(c)探索終了判定部 探索終了の条件は、各世代における個体の最大適応度
が、たとえば50世代連続して改善されないこと、及
び、探索が1000世代まで達したことである。な
お、のみを探索終了条件とすることもできる。図7は
探索終了判定部13による探索終了判定処理のフローで
ある。適応度算出部12から各個体の適応度を受信する
と(ステップ301)、iを歩進し(i+1→i、ステ
ップ302)、ついで、現世代における個体の最大適応
度が前回の最大適応度より大きいか、換言すれば、探索
経路が距離的に改善されたかチェックする(ステップ3
03)。
(C) Search Completion Judgment Unit The conditions for terminating the search are that the maximum fitness of the individual in each generation is not improved, for example, for 50 consecutive generations, and that the search has reached 1000 generations. Note that only the search termination condition may be used. FIG. 7 is a flowchart of a search end determination process by the search end determination unit 13. When the fitness of each individual is received from the fitness calculating unit 12 (step 301), i is incremented (i + 1 → i, step 302), and then the maximum fitness of the individual in the current generation is higher than the previous maximum fitness. It is checked whether it is large, in other words, whether the searched route has been improved in terms of distance (step 3).
03).

【0025】改善されていなければ、カウント値c(初
期値は0)を1カウントアップし(ステップ304)、
ついで、c≧50かチェックする(ステップ305)。
c≧50の場合には、最短経路の個体探索が完了したも
のとして探索処理を終了する(ステップ306)。c<
50の場合には、i=1000になったか、換言すれ
ば、探索が1000世代まで達したかチェックする(ス
テップ307)。i<1000であれば、ステップ30
1に戻り以降の処理を繰返し、i=1000であれば、
探索処理を終了する(ステップ306)。一方、ステッ
プ303において、探索経路が距離的に改善されていれ
ば、カウント値cをクリアし(ステップ308)、つい
で、ステップ307以降の処理を実行する。
If not improved, the count value c (initial value is 0) is counted up by 1 (step 304).
Next, it is checked whether c ≧ 50 (step 305).
If c ≧ 50, the search processing is terminated assuming that the individual search for the shortest route has been completed (step 306). c <
In the case of 50, it is checked whether i = 1000, in other words, whether the search has reached 1000 generations (step 307). If i <1000, step 30
1 and the subsequent processing is repeated. If i = 1000,
The search processing ends (step 306). On the other hand, if it is determined in step 303 that the search route has been improved in terms of distance, the count value c is cleared (step 308), and then the processing in step 307 and subsequent steps is executed.

【0026】(d) 選択淘汰処理部 選択淘汰は、評価値(適応度)の最も良い個体を無条件
に次世代に残すエリート保存戦略、その他の個体につい
ては評価値に比例した確率で選択淘汰を行うルーレット
戦略を採用した。すなわち、選択淘汰処理部15は、適
応度の高い60%の個体において、一般的である適応度
比例戦略にエリート保存戦略を組み合わせて選択淘汰処
理を実行する。ただし、最大の適応度が減小した場合、
前世代における最大適応度の個体を新しい個体として加
えるのではなく、最も適応度の低い個体と入れ換えるこ
とにより個体数の増加を防ぐ。60%の値は実験を行な
った結果、50%以下では安定した探索が行なわれない
場合があるからである。図8は選択淘汰、交叉、突然変
異処理の説明図である。選択淘汰処理部15(図6)は
個体群を構成するN個の個体を取り込み、それぞれの個
体の適応度を高い順に 個体1(I1)、個体2(I2)、・・・、個体N
(IN) と個体の数(=N)だけ並べる。このように配列した個
体の内、適応度が高い順に全体の60%のものだけを選
択し、それ以外の残り40%の個体は淘汰する。
(D) Selective Selection Processing Unit Selective selection is an elite preservation strategy that leaves the individual with the best evaluation value (fitness) unconditionally to the next generation, and other individuals with a probability proportional to the evaluation value. To adopt a roulette strategy. That is, the selection / selection processing unit 15 performs the selection / selection processing by combining the elite preservation strategy with the general fitness proportional strategy in 60% of individuals having high fitness. However, if maximum fitness is reduced,
Instead of adding the individual with the highest fitness in the previous generation as a new individual, replacing the individual with the lowest fitness prevents an increase in the number of individuals. This is because a stable search may not be performed if the value is 60% or less as a result of an experiment performed when the value is 60%. FIG. 8 is an explanatory diagram of the selection, crossover, and mutation processes. The selection / selection processing unit 15 (FIG. 6) takes in N individuals constituting the individual group, and assigns individual 1 (I 1 ), individual 2 (I 2 ),. N
(I N ) and the number of individuals (= N). Of the individuals arranged in this way, only 60% of the individuals with the highest fitness are selected, and the remaining 40% of the individuals are selected.

【0027】交叉処理部16、突然変異処理部17は、
選択されて残った個体を用いて後述する交叉、突然変異
を施して新たな個体を作り、トータルの個体数をN個に
する。ここで、交叉に用いられる元の個体の使用頻度は
適応度に比例する確率で選択する(ルーレット戦略)。
次に、所定の交叉、突然変異が施されてできた新しい個
体群の全てのN個の個体について適応度算出部12で適
応度を計算し、適応度の高い順にそれぞれ 個体1(I′1)、個体2(I′2)、・・・、個体N
(I′N) と個体の数(=N)だけ並べる。ついで、今回の個体群
の中で最も適応度が高い個体1(I′1)と前回の個体
群の中で最も適応度が高い個体1(I1)との間で適応
度の大小を比較する。I1>I′1の場合には、すなわ
ち、今回の最大適応度I′1が前回の最大適応度I1より
小さい場合には、新しい個体群の中で最も適応度の低い
個体60(I′60)を捨て、代わりに前回の個体群の中
で最も適応度が高い個体1(I1)を新しい個体群の中
の個体として入れる処理を行う。これにより、常に、新
しい個体群の最大の適応度が元の個体群の最大の適応度
以上にする。以上により新しい個体群が作り出される。
そして、この操作を繰返し行うことにより、遺伝的アル
ゴリズムが実行される。
The crossover processing unit 16 and the mutation processing unit 17
Using the selected and remaining individuals, a new individual is created by performing crossover and mutation described later, and the total number of individuals is set to N. Here, the use frequency of the original individual used for crossover is selected with a probability proportional to the fitness (roulette strategy).
Next, fitness is calculated by the fitness calculator 12 for all N individuals of the new population obtained by performing the predetermined crossover and mutation, and each individual 1 (I ′ 1 ), Individual 2 (I ′ 2 ),..., Individual N
(I ′ N ) and the number of individuals (= N). Then, the magnitude of the fitness is compared between the individual 1 (I ′ 1 ) having the highest fitness in the current population and the individual 1 (I 1 ) having the highest fitness in the previous population. I do. If I 1 > I ′ 1 , that is, if the current maximum fitness I ′ 1 is smaller than the previous maximum fitness I 1, the individual 60 (I '60 ) is discarded, and instead, the individual 1 (I 1 ) having the highest fitness in the previous population is inserted as an individual in the new population. This ensures that the maximum fitness of the new population is always greater than or equal to the maximum fitness of the original population. Thus, a new population is created.
By repeating this operation, the genetic algorithm is executed.

【0028】図9は、選択淘汰の処理フローである。選
択淘汰処理部15は個体群を構成するN個の個体を取り
込み(ステップ401)、それぞれの個体の適応度を高
い順に 個体1(I1)、個体2(I2)、・・・、個体N
(IN) と個体の数(=N)だけ並べ替える(ステップ40
2)。ついで、このように配列した個体の内、適応度が
高い順に全体の60%のものだけを選択し、それ以外の
残り40%の個体は淘汰する(ステップ403)。この
様にして選択された個体群は所定の発生頻度に従った次
世代の親個体として使用される。尚、ルーレット戦略で
も淘汰できるから選択淘汰部において100%選択する
こともでき、実際に実施例では100%とした。
FIG. 9 is a processing flow of the selection process. The selection / selection processing unit 15 fetches N individuals constituting the individual group (step 401), and assigns individual 1 (I 1 ), individual 2 (I 2 ),. N
( IN ) and the number of individuals (= N) are rearranged (step 40).
2). Next, of the individuals arranged in this way, only those having a total fitness of 60% are selected in descending order of fitness, and the remaining 40% of the individuals are eliminated (step 403). The population selected in this manner is used as a next generation parent individual according to a predetermined frequency of occurrence. In addition, since the selection can be performed by the roulette strategy, 100% selection can be performed in the selection and selection unit. In practice, the selection is set to 100%.

【0029】(e) 交叉処理部 交叉の一般的なものとして、一点交叉、多点交叉、一様
交叉などが存在する。交叉処理部16はその一つである
一様交叉に基づいて交叉処理を実行する。一様交叉は、
2つの別の個体から新しい個体を作り出すために用いる
もので、親となるそれぞれの個体の性質を引き継ぐため
に染色体に含まれる遺伝子がいずれかの親と全く同じに
なる別の個体を作る。図10は一様交叉の説明図であ
る。図中、P1,P2は一様交叉処理の対象となる個体
(親1、親2)、MKは一様交叉処理に用いるマスク、
CHは一様交叉により得られた新たな個体(子)であ
る。マスクMKで1が立っている部分では親個体P2の
遺伝子が、0の部分では親個体P1の遺伝子がそれぞれ
受け継がれて新しい子個体CHが作られる。
(E) Crossover processing section The general crossover includes one-point crossover, multipoint crossover, uniform crossover, and the like. The crossover processing unit 16 executes a crossover process based on one of the uniform crossovers. Uniform crossover is
It is used to create a new individual from two separate individuals, and creates another individual whose chromosome contains exactly the same gene as either parent to inherit the properties of each parent individual. FIG. 10 is an explanatory diagram of uniform crossover. In the figure, P1 and P2 are individuals (parent 1 and parent 2) to be subjected to uniform crossover processing, MK is a mask used for uniform crossover processing,
CH is a new individual (child) obtained by uniform crossover. In the portion where 1 stands in the mask MK, the gene of the parent individual P2 is inherited, and in the portion of 0, the gene of the parent individual P1 is inherited, and a new child individual CH is created.

【0030】一様交叉に使用するマスクMKは常に同じ
ではなく、乱数を用いて変更するようになっている。
又、親個体の決定法は、適応度に応じた発生頻度でラン
ダムに選択する。簡単のため個体数を3としてそれぞれ
の適応度を個体1はa,個体2はb、個体3はcとす
る。このときの各個体が選択される確率(全体の確率は
1となる)は、 個体1:a/(a+b+c) 個体2:b/(a+b+c) 個体3:c/(a+b+c) で表現される。
The mask MK used for uniform crossing is not always the same, and is changed using a random number.
In the method of determining a parent individual, a parent is randomly selected at an occurrence frequency corresponding to the fitness. For simplicity, the number of individuals is 3, and the fitness of each individual is a for individual 1, b for individual 2, and c for individual 3. The probability that each individual is selected at this time (the overall probability is 1) is: individual 1: a / (a + b + c) individual 2: b / (a + b + c) individual 3: c / It is represented by (a + b + c).

【0031】図11は遺伝子型で表現した個体に一様交
叉を施す説明図である。交叉は二つの親の個体から一つ
の子の個体を生成する操作である。この手法は経路探索
を行うものであり、交叉の後、得られた子の個体は、指
定された出発点及び到達点を始・終点とする経路集合の
中に入っていなければならない。そこで前述の遺伝子型
を用意し、一様交叉をもとにした次のような交叉方法を
考えた。まず、ルーレット戦略によって選ばれた二つの
個体(親1,親2とする)より、出発点のノード番号の遺
伝子座にあるノード番号の内からランダムに一つを選択
して、子の同じ遺伝子座に格納する。格納されたノード
番号と同じ番号の二つの親の遺伝子座にあるノード番号
のうちからランダムに一つを選択して、子の同じ遺伝子
座に格納し、これを到着点に達するまで繰り返し、経由
しなかったノードについては親の個体の遺伝子のどちら
かをランダムに選択して格納する。
FIG. 11 is an explanatory diagram for uniformly crossing over individuals represented by genotypes. Crossover is an operation that generates one child individual from two parent individuals. In this method, a route search is performed, and after the crossover, the obtained child individual must be in a set of routes starting and ending with the designated starting point and reaching point. Therefore, the following genotypes were prepared, and the following crossover method based on uniform crossover was considered. First, from two individuals (parent 1 and parent 2) selected by the roulette strategy, one of the node numbers at the locus of the starting node number is randomly selected, and the same gene of the child is selected. Store in Zodiac. Randomly select one of the node numbers at the two parent loci with the same number as the stored node number, store it in the same loci of the child, repeat this until reaching the destination point, via For those nodes that did not, either one of the genes of the parent individual is randomly selected and stored.

【0032】図11を用いて交叉法を具体的に説明する
と(ノード番号0:出発点、ノード番号4:は到達
点)、まず親1の0番目の遺伝子座にある5と親2の1
の二つについてどちらかを選択し、選択された5によっ
て、ノード番号5の遺伝子座にある親1の9と親2の6
の二つのうちどちらかを選択する。これを到着点(ノー
ド番号4)に達するまで繰り返す。経由していなかった
ノード(図11の子において□で囲まれていないノード)
については、親の個体の遺伝子からランダムに選択す
る。
The crossover method will be specifically described with reference to FIG. 11 (node number 0: starting point, node number 4: destination point). First, 5 at the 0th locus of parent 1 and 1 of parent 2
Of the parent 1 and 6 of the parent 2 at the locus of the node number 5 according to the selected 5.
Select one of the two. This is repeated until the arrival point (node number 4) is reached. Nodes that did not go through (nodes not enclosed in squares in the child of FIG. 11)
Is randomly selected from the gene of the parent individual.

【0033】図12は一様交叉処理の流れ図であり、後
述する突然変異処理と連携しながら交叉処理を実行す
る。まず、乱数を用いてマスクMKを作成し(ステップ
501)、ついで、選択淘汰された個体群より適応度に
応じた発生頻度でランダムに親個体P1,P2を選択す
る(ステップ502)。しかる後、親個体P1,P2及
びマスクMKを用いて一様交叉処理を実行して子個体C
Hを作成する(ステップ503)。子個体生成後、必要
に応じて該子個体に突然変異処理を施す(ステップ50
4)。ついで必要な数の子個体が生成されたかチェック
し(ステップ505)、生成されていれば、交叉処理を
終了し、必要な数の子個体が生成されていなければステ
ップ501に戻り、上記処理を繰り返す。
FIG. 12 is a flowchart of the uniform crossover process, and the crossover process is executed in cooperation with the mutation process described later. First, a mask MK is created using random numbers (step 501), and then parent individuals P1 and P2 are randomly selected from the selected and selected individuals at an occurrence frequency corresponding to the fitness (step 502). Thereafter, a uniform crossover process is performed using the parent individuals P1 and P2 and the mask MK to execute the child individuals C
H is created (step 503). After the offspring is generated, the offspring is subjected to a mutation process as required (step 50).
4). Next, it is checked whether a required number of child individuals have been generated (step 505). If the child individuals have been generated, the crossover processing is terminated. If the required number of child individuals has not been generated, the process returns to step 501 and the above processing is repeated.

【0034】(f) 突然変異処理部 突然変異は突然変異確率に応じて行なわれるだけでな
く、同じ世代にすでに全く同じ遺伝子を持つ個体が存在
する場合には該個体に対しても行う。つまり、探索の初
期において、解の多様性が高い間は突然変異は突然変異
確率にほぼ従った割合でしか生じないが、探索の後半に
おいて多様性が低くなると突然変異が多く生じ、解の多
様性が保持されることになる。突然変異確率は多数実験
を行い、3%〜20%の範囲で探索結果が大きく変化し
ないことを確認した。そのため5%とした。
(F) Mutation processing section Mutation is performed not only in accordance with the mutation probability, but also in the case where an individual having the exact same gene already exists in the same generation. In other words, in the early stage of the search, mutation occurs only at a rate almost in accordance with the mutation probability while the solution diversity is high, but when the diversity decreases in the latter half of the search, many mutations occur and the solution diversity increases. Nature will be maintained. A large number of experiments were performed on the mutation probability, and it was confirmed that the search results did not significantly change in the range of 3% to 20%. Therefore, it was set to 5%.

【0035】図13は突然変異処理の説明図である。探
索を開始した初期の段階では、子個体群のなかに全く同
じ遺伝子構造(染色体)を持つことはあまりない。この
ような時は、予め定めておいた突然変異確率に従って突
然変異を行う。例えば、100回の交叉に対して5回の
突然変異を行う。図14は突然変異処理部17による突
然変異処理のフローであり、図12の突然変異処理ステ
ップ(ステップ504)の詳細である。2つの親個体P
1,P2を選択し、該親個体P1,P2及びマスクを用
いて一様交叉処理を実行して子個体を作成する(ステッ
プ502、503)。子個体生成後、該子個体と同じ遺
伝子構造の子個体が別に存在するかチェックする(ステ
ップ504a)。存在する場合には、新たな子個体の遺
伝子(ノード)を変化して突然変異させる(ステップ5
04b)。
FIG. 13 is an explanatory diagram of the mutation process. At the initial stage of the search, the offspring populations rarely have exactly the same genetic structure (chromosomes). In such a case, the mutation is performed according to a predetermined mutation probability. For example, 5 mutations are performed for 100 crossovers. FIG. 14 is a flowchart of the mutation processing by the mutation processing unit 17, and details the mutation processing step (step 504) in FIG. Two parent individuals P
1, P2 are selected, and a uniform crossover process is executed using the parent individuals P1, P2 and the mask to create child individuals (steps 502, 503). After the generation of the child individual, it is checked whether another child individual having the same genetic structure as the child individual exists (step 504a). If it exists, the gene (node) of the new child individual is changed and mutated (step 5).
04b).

【0036】一方、ステップ504aにおいて同じ遺伝
子構造の子個体が別に存在しなければ、突然変異確率に
従って突然変異を行う。例えば、前述のように100回
の交叉に対して5回の突然変異を行う。従って、ステッ
プ504aにおいて「NO」の場合には、突然変異確率に
基づいて突然変異をさせるべきかチェックし(ステップ
504c)、突然変異させるべきであれば、ステップ5
04bの処理を実行して子個体の遺伝子(ノード)を変
化して突然変異させ、突然変異させるべきでなければ突
然変異処理を終了する。以後、新たに生成したN個の個
体からなる個体群に対して、適応度算出処理、探索終了
判定処理、選択淘汰処理、交叉処理、突然変異処理を繰
り返す。
On the other hand, if there is no separate child individual having the same gene structure in step 504a, mutation is performed according to the mutation probability. For example, 5 mutations are performed for 100 crossovers as described above. Therefore, if "NO" in step 504a, it is checked whether or not to make a mutation based on the mutation probability (step 504c).
The process of step 04b is executed to change and mutate the gene (node) of the child individual, and if it is not to be mutated, the mutation process is terminated. Thereafter, the fitness calculation process, the search end determination process, the selection process, the crossover process, and the mutation process are repeated for the newly generated population of N individuals.

【0037】(g) シミュレーション結果 いわき市のマップ情報に対して遺伝子アルゴリズム(G
A)を用いた2点間最適経路探索のシミュレーション実
験を行った。交差点数(ノード数)は72である。又、
個体数を50、終了条件を50世代無進化、突然変異確
率を5%とした。上記パラメータを用いて実験を行った
結果、図15に示す最短経路MSPが得られた。これは
出発点Sと到着点D間の最短経路で、ダイクストラ法に
よって求めた最適経路と一致する。
(G) Simulation Results Genetic algorithm (G
A simulation experiment of the optimal route search between two points using A) was performed. The number of intersections (number of nodes) is 72. or,
The number of individuals was 50, the termination condition was 50 generations non-evolution, and the mutation probability was 5%. As a result of conducting an experiment using the above parameters, the shortest path MSP shown in FIG. 15 was obtained. This is the shortest path between the starting point S and the arriving point D, which coincides with the optimum path obtained by the Dijkstra method.

【0038】最短経路のみを探索して表示することは、
ダイクストラ法に代表される従来方法でも可能である。
しかし、従来方法では最適経路しか求まらず、最適経路
に準じた第2順位、第3順位の経路を同時に求めること
ができない。このため、最短経路と異なる経路であっ
て、距離的に大きな差がない別の経路が要求されると、
従来方法ではパラメータを変更して最初から探索をやり
直さなければならない。又、最初から探索をやり直した
場合でも確実に第2順位、第3順位の経路が得られる保
証がない。これに対して、GAを用いた最適経路探索法
においては、最適経路探索の過程において、多くの解候
補を生成する。このため、これらの解候補を幾つか記憶
させることにより1回の最適経路探索処理によって上位
m個(メモリの許す限り大きくすることが可能)の解を探
索して出力することができる。図16(a),(b)は
図15に示す最適経路MSPの探索時に同時に得られた
第2順位及び第3位の個体(経路)MSP1,MSP2
を示している。このように、GAによる最適経路探索に
よれば、経路の持つ適応度の記憶とソートのみから第n
順位までの個体を探索できる。
To search and display only the shortest route,
A conventional method represented by the Dijkstra method is also possible.
However, in the conventional method, only the optimum route is obtained, and the second and third-rank routes according to the optimum route cannot be obtained at the same time. For this reason, if another route that is different from the shortest route and does not have a large difference in distance is requested,
In the conventional method, the parameter must be changed and the search must be restarted from the beginning. Further, there is no guarantee that the second and third rank routes can be reliably obtained even when the search is restarted from the beginning. On the other hand, in the optimal route search method using GA, many solution candidates are generated in the process of the optimal route search. For this reason, by storing some of these solution candidates, it is possible to search and output the top m solutions (which can be made as large as the memory allows) by one optimal route search process. FIGS. 16 (a) and (b) show the second- and third-ranked individuals (routes) MSP1 and MSP2 simultaneously obtained during the search for the optimal route MSP shown in FIG.
Is shown. As described above, according to the optimal route search by the GA, the n-th
You can search for individuals up to the rank.

【0039】(C)複数経由点指定を伴う最短経路探索
(第2の提案方法) 以上では2点間の最短経路を探索する経路探索法を説明
したが、以下では指定された複数の経由点をすべて通過
する最短経路探索法について説明する。指定された複数
の経由点を通過する最短経路を求める従来法では、出発
点と各経由点、経由点間、各経由点と到着点の最短経路
探索を行わなければならない。このため指定経由点の総
数をNとすると、最大でN(N+3)/2回の探索が必要とな
る。さらに、求めた各々の最短経路および経路長を用い
て、出発点から全経由点を通り到着点に至る全ての順列
(N!通り)の経路長を調べ、その中で最短経路長を持
つものが解となる。以上の理由より従来法は、指定され
る経由点の数が多くなると、多くの計算量を伴うという
問題点がある。
(C) Shortest Route Search with Specifying Multiple Via Points (Second Proposed Method) The route search method for searching for the shortest route between two points has been described above. Will be described. In the conventional method for finding the shortest route passing through a plurality of designated waypoints, it is necessary to search for the shortest route between the starting point and each waypoint, between the waypoints, and between each waypoint and the arrival point. Therefore, assuming that the total number of designated transit points is N, a maximum of N (N + 3) / 2 searches are required. Further, using the obtained shortest paths and path lengths, the path lengths of all permutations (N! Streets) from the starting point through all the waypoints to the arrival point are examined, and the one having the shortest path length is determined. Is the solution. For the above reasons, the conventional method has a problem that a large number of calculation points are required when the number of designated waypoints increases.

【0040】遺伝的アルゴリズムGAは、その探索過程
において、多くの解候補となる個体を生成する。このう
ち、全経由点を通過する個体のみを用いて世代交代を行
うことによって、一回の探索で指定されたすべての点を
経由する最短経路の探索が可能となる。ただし、経由点
を通る最短経路は、同一ノードを複数回通過する可能性
があり図5(c)で示した遺伝子型では表現できない。
そこで遺伝子型に次のような変更を加えて拡張遺伝子型
を設計する。
The genetic algorithm GA generates individuals as many solution candidates in the search process. Of these, generation switching is performed using only individuals passing through all the waypoints, thereby making it possible to search for the shortest route that passes through all the points specified in one search. However, the shortest path that passes through a waypoint may pass through the same node a plurality of times and cannot be represented by the genotype shown in FIG.
Therefore, an extended genotype is designed by adding the following changes to the genotype.

【0041】(a)拡張遺伝子型の設計 同一ノードをk回通過する経路を考える。一つのノード
の位置に仮想的にk個のノードが存在するものとして、
その仮想ノード全てに異なるノード番号を与える。図1
7にk=2の場合の例を示す。仮想ノード0と1,3と
4は、実際にはそれぞれ実ノードa,bの位置に存在す
る、図5(c)の遺伝子型は同一のノードを複数回通過
する経路のコード化が不可能なので、実ノード番号を用
いた経路S→a→b→a→Gを表現することはできな
い。しかし仮想ノード番号を用いた経路S→0→3→1
→Gは複数回通過するノードがなく、コード化が可能で
ある。このように、仮想ノード番号を用いてコード化し
た遺伝子型を用いてGA処理を行い、得られた個体から
表現型を生成する際に実ノード番号に戻すことによっ
て、最短経路を得ることができる。
(A) Design of extended genotype Consider a route that passes the same node k times. Assuming that k nodes exist virtually at the position of one node,
A different node number is given to all the virtual nodes. FIG.
FIG. 7 shows an example in the case of k = 2. Virtual nodes 0, 1, 3 and 4 actually exist at the positions of real nodes a and b, respectively. The genotype in FIG. 5 (c) cannot encode a path that passes through the same node multiple times. Therefore, the route S → a → b → a → G using the actual node number cannot be expressed. However, the route S → 0 → 3 → 1 using the virtual node number
G has no nodes that pass multiple times and can be coded. In this way, the shortest path can be obtained by performing GA processing using the genotype coded using the virtual node number and returning to the real node number when generating a phenotype from the obtained individual .

【0042】仮想ノードの数kが大きくなると、遺伝子
長が長くなって計算量が増加する。よって必要最小限の
kを求める必要があるが、このkの値は一つのノードが
接続しているノード数ならびに経由点の数に依存する。
任意の2つのノード間を結ぶパスを2往復以上する経路
は最短経路ではないので、図18に示すようなノード群
を考えると、点cを通過する回数は、経路S→c→d→
c→e→c→f→c→Sの場合に最大となり、点cに接
続するノードの数に等しい(d,c,fは指定経由点に
限らない)。探索範囲内に含まれるすべてのノードにつ
いて接続ノード数を調べ、その最大値をMとする。ま
た、任意のノードに注目すると、そのノードを通過する
最大の回数は、すべての指定経由点に向かう際と到着点
に向かう際の(指定経由点数+1)回である。たとえ
ば、全指定経由点が図18中の点d,e,fのように配
置された場合、点cを通過する回数は経路S→c→d→
c→e→c→f→c→Sの場合に最大となり、指定経由
点数をNとすれば(N+1)回である。他に点cに接続
するノードが存在していてもこの値は変わらない。
When the number k of virtual nodes increases, the gene length increases and the amount of calculation increases. Therefore, it is necessary to find the minimum necessary k, but the value of k depends on the number of nodes to which one node is connected and the number of waypoints.
Since a path that makes two or more round trips of a path connecting any two nodes is not the shortest path, considering the group of nodes as shown in FIG. 18, the number of times of passing through the point c is determined by the path S → c → d →
It becomes the maximum in the case of c → e → c → f → c → S and is equal to the number of nodes connected to the point c (d, c, f are not limited to the designated waypoints). The number of connected nodes is checked for all nodes included in the search range, and the maximum value is set to M. Focusing on an arbitrary node, the maximum number of passes through the node is (the number of designated via points + 1) times when the vehicle goes to all designated via points and when it reaches the arrival point. For example, when all designated via points are arranged as points d, e, and f in FIG. 18, the number of times passing point c is determined by the route S → c → d →
It becomes the maximum in the case of c → e → c → f → c → S, and if the designated number of via points is N, it is (N + 1) times. This value does not change even if there is another node connected to the point c.

【0043】従って仮想ノード数kの値はM,(N+
1)の小さい方を採用すればよく k=min{M,(N+1)} (2) となる。たとえば、図19(a)に示すマップ情報(M
=5)が与えられている場合、出発地をノード0、目的
地をノード4、指定経由点をノード9(N=1)とすれ
ば、仮想ノード数k=2となり、経路0→1→9→1→
2→3→4を表現型に持つ拡張遺伝子型の一例は、図1
9(b)に示すようになる。上段は各実ノードに応じた
仮想ノードを表現した遺伝子であり、下段は各遺伝子座
に存在する遺伝子の値である。k個の仮想ノードを用い
た遺伝子型は、GA処理自体に変更を伴うことなく、同
一の実ノードに対してk回の通過を許した経路探索が可
能となる点で有利である。
Therefore, the value of the number k of virtual nodes is M, (N +
It is sufficient to adopt the smaller one of 1), and k = min {M, (N + 1)} (2). For example, the map information (M
= 5), if the departure point is node 0, the destination is node 4, and the designated waypoint is node 9 (N = 1), the number of virtual nodes is k = 2, and the route 0 → 1 → 9 → 1 →
An example of an expanded genotype having a phenotype of 2 → 3 → 4 is shown in FIG.
9 (b). The upper part is a gene expressing a virtual node corresponding to each real node, and the lower part is a value of a gene existing at each locus. A genotype using k virtual nodes is advantageous in that a route search allowing k times of passage for the same real node can be performed without changing the GA processing itself.

【0044】(b) シミュレーション結果 前述のいわき市のマップ情報に対して3つの経由点A,
B,Cを指定し、これらの3点をすべて通過する最短経
路を探索する。この地図データにおいてM=4,またN
=3であるから、式(2)よりk=4となる。一つの実ノ
ードに対する仮想ノードを4つずつ用意し、拡張遺伝子
型を設計する。個体数を50、終了条件を50世代無進
化、突然変異確率を5%として実験を行った結果、図2
0に示す最短経路MSPが得られた。図より、3つの指
定した経由点A,B,Cを全て経由する最短経路が得ら
れていることがわかる。また、点B,Cを経由する経路
は重複して通過するノードを持つが、このよう経路を持
つ最短経路についても探索が可能となっている。
(B) Simulation Results The three route points A,
B and C are designated, and the shortest path that passes through all three points is searched. In this map data, M = 4 and N
Since k = 3, k = 4 from equation (2). Four virtual nodes for one real node are prepared, and an extended genotype is designed. FIG. 2 shows the results of an experiment in which the number of individuals was 50, the termination condition was 50 generations non-evolution, and the mutation probability was 5%.
The shortest path MSP shown as 0 was obtained. From the figure, it can be seen that the shortest route that passes through all three designated waypoints A, B, and C has been obtained. Further, the route passing through the points B and C has nodes that pass in an overlapping manner, but the shortest route having such a route can be searched.

【0045】以上より従来法では困難であった、指定さ
れた複数の経由点をすべて通過する最短経路を一回の処
理で探索することが可能となった。また複数回通過する
ノードを持つ経路に対しても、仮想ノードを導入した遺
伝子型の設計により、コード化が可能となった。なお、
GA処理の過程で全経由点を通る個体のみでGA処理を
行うために、ランダムに個体を発生させ、全経由点を通
過する個体以外を致死遺伝子として殺している。このた
め、計算量が多くなる問題点がある。
As described above, it has become possible to search for the shortest route that passes through all of a plurality of designated transit points in a single process, which is difficult with the conventional method. In addition, it is possible to encode a route having a node that passes a plurality of times by designing a genotype in which a virtual node is introduced. In addition,
In order to perform GA processing only on individuals passing through all the transit points in the process of GA processing, individuals are randomly generated, and those other than individuals passing through all the transit points are killed as lethal genes. For this reason, there is a problem that the amount of calculation increases.

【0046】(D)本発明の全指定経由点を通る最適経
路探索 (a)重みを導入した評価関数による最短経路探索 (a-1) 第2の提案方法の問題点 第2の提案方法は、前述のようにGAの処理過程において
生成する多くの解候補のうち、指定した経由点の全てを
通る経路を持つ個体のみを用いて探索を行うものであ
る。この第2の提案方法を本発明と比較するために、第
2の提案方法によりいわき市のマップ情報に対して適用
した結果を図21に示す。使用した各パラメータは図2
2に示す通りである。図中の点AおよびBはあらかじめ
指定した経由点であり、この2点を経由する最短経路が
得られている。なお、本探索の計算時間は、Sun SuperS
parc 85MHz+GCC(-O3)で34.41秒である。このうち初期集
団の発生に14.19秒を要しており、この手法は個体発生
を伴う処理に多くの計算量を要する問題点を持つ。
(D) Optimal route search through all designated via points according to the present invention (a) Shortest route search by evaluation function introducing weight (a-1) Problem of second proposed method The second proposed method is as follows. As described above, among many solution candidates generated in the process of the GA, the search is performed using only the individual having a route that passes through all the designated waypoints. FIG. 21 shows a result of applying the second proposed method to map information of Iwaki-shi according to the second proposed method in order to compare with the present invention. Figure 2 shows the parameters used.
As shown in FIG. Points A and B in the figure are via points specified in advance, and the shortest route passing through these two points is obtained. The calculation time for this search is based on Sun SuperS
It is 34.41 seconds with parc 85MHz + GCC (-O3). Of these, the generation of the initial population takes 14.19 seconds, and this method has a problem that a large amount of computation is required for processing involving the generation of individuals.

【0047】(a-2) 本発明の経路探索方法 第2の提案方法の問題点は、初期集団の発生や交叉の際
に、設定した全経由点を通過する個体以外をすべて致死
遺伝子としており、致死遺伝子でない個体が生まれるま
で個体発生の処理を繰り返していることによるものであ
る。ところが致死遺伝子としている個体中には、有効な
スキマタを持つ個体(例えば指定した経由点のうちいく
つかを経由する個体)が含まれている。このような有効
なスキマタを探索に生かして効率的な探索を行い、計算
量を削減するために、ビルディングブロック仮説に基づ
いた探索手法を提案する。ビルディングブロック仮設と
は、GAの処理過程において、高い適応度のスキマタが積
み木のように組み合わされ、より高い適応度を持つ個体
を生成し効率的に探索を行うという仮説である。多くの
問題点においては、ビルディングブロックが形成されて
いることが、GAによって効率的に探索できていることの
一つの目安となる。
(A-2) Route Searching Method of the Present Invention The problem of the second proposed method is that, when an initial population is generated or crossed, all the individuals other than the individuals passing through all the set waypoints are regarded as lethal genes. This is because the process of ontogenesis is repeated until an individual that is not a lethal gene is born. However, individuals having a lethal gene include individuals having effective skimmers (for example, individuals passing through some of the designated waypoints). We propose a search method based on the building block hypothesis in order to perform an efficient search using such an effective skimmer in the search and reduce the amount of calculation. The building block hypothesis is a hypothesis that, in the GA processing process, skimmers with high fitness are combined like a building block to generate individuals with higher fitness and perform efficient searches. In many problems, the formation of building blocks is one of the indications that GA can search efficiently.

【0048】ところでビルディングブロックが形成され
るような評価関数の設定は、一般にどのスキマタがビル
ディングブロックとなるかが未知のため困難である。し
かしながら本発明は、設定した経由点を通る経路を探索
するものであるため、経由点の通過を表現するスキマタ
は明らかにビルディングブロックの一部となる。したが
って、多くの経由点を経路上に持つ個体に対してより高
い適応度を与えることによって、経由点の通過を表現す
るスキマタの選択確率を高め、これをビルディングブロ
ックとする探索が可能となる。具体的には、遺伝的アル
ゴリズムにおいて使用する評価間数として次式 Fitness =1/(Σrlength(i)×αn) i=1〜M (3) を使用する。すなわち、個体(経路)に含まれる指定経
由点数nに応じて重みαnを決定し、該経路の出発地か
ら目的地までの距離に重みαnを乗じた値の逆数を遺伝
的アルゴリズムにおける評価関数とする。ただし、αn
は通過する経由点数nに応じてつける重みで、全経由点
数をNとして1≦αN<αN-1<・・・<α0となるように設定
する。
However, it is generally difficult to set an evaluation function that forms a building block because it is unknown which skimmer is a building block. However, since the present invention searches for a route that passes through a set waypoint, the skimmer that expresses the passage of the waypoint is clearly a part of the building block. Therefore, by giving higher fitness to an individual having many waypoints on the route, the selection probability of a skimmer expressing passage of a waypoint is increased, and a search using this as a building block becomes possible. Specifically, the following equation Fitness = 1 / (Σrlength (i) × αn) i = 1 to M (3) is used as the number of evaluation intervals used in the genetic algorithm. That is, the weight α n is determined according to the designated number of via points n included in the individual (route), and the reciprocal of a value obtained by multiplying the distance from the starting point to the destination of the route by the weight α n is used as an evaluation function in the genetic algorithm. And Where α n
Is a weight assigned according to the number of passing points n, and is set such that 1 ≦ α NN−1 <... <Α 0 where N is the total number of passing points.

【0049】この評価関数を導入し、いわき市のマップ
情報に対して本発明を適用した結果、図21と同じ経路
を得ることができた。用いた各パラメータや選択淘汰、
交叉、突然変異の方法は第2の提案方法と同じである。
また重みの大きさはα0=3.0,α1=2.0,α2=1.0とした。
本発明の探索に要する計算時間は前述と同じ計算機で3.
40秒であり、第2の提案方法と比較して90.1%の削減と
なっており、有効である。
By introducing this evaluation function and applying the present invention to the map information of Iwaki City, the same route as in FIG. 21 could be obtained. Each parameter used, selection selection,
The method of crossover and mutation is the same as the second proposed method.
The magnitudes of the weights were α 0 = 3.0, α 1 = 2.0, and α 2 = 1.0.
The calculation time required for the search of the present invention is 3.
This is 40 seconds, a 90.1% reduction compared to the second proposed method, and is effective.

【0050】(b)重みの決定方法 以上のように、評価間数を決めると計算量の大幅な削減
が可能となるが、αnの値を適切に設定することによ
り、指定した経由点を通過しない経路が得られたり、全
経由点を通過しても局所解に陥るような誤探索の確率を
減少させ、より良好な探索が可能となる。理論的には、 (経由点数nの場合の最短経路長)<(経由点数n-1の場合の
最短経路長×αn-1) (4) となるように重みを設定すれば最適解が得られる。しか
し探索前には最短経路長が未知であることから、この式
のみから重みの値を決定することはできない。以下で
は、いくつかのシミュレーションを重みを変えて行い、
得られる結果から誤探索の原因と適切な重みの値の設定
法について考察する。
(B) Method of Determining Weight As described above, determining the number of evaluations makes it possible to greatly reduce the amount of calculation. However, by appropriately setting the value of α n , It is possible to obtain a route that does not pass or to reduce the probability of an erroneous search that falls into a local solution even when passing through all the waypoints, thereby enabling a better search. Theoretically, if the weight is set so that (the shortest path length in the case of n via points) <(the shortest path length in the case of n-1 via points x α n-1 ) (4), the optimal solution can be obtained. can get. However, since the shortest path length is unknown before the search, the value of the weight cannot be determined from this equation alone. In the following, some simulations are performed with different weights,
From the results obtained, the cause of the erroneous search and the method of setting an appropriate weight value are considered.

【0051】(b-1) 重みの大きさと最適解の探索能力 図21の経路探索で用いたマップ情報と2つの指定経由
点A,Bに対し、αを1〜100までの範囲で変化させて各
々100回づつの探索を行い、最適解が得られた回数を調
べる。ただし、α0〜α2は、α0=α, α1=(1+α)/2, α
2=1としてる。αと最適解が得られる確率の関係を図2
3に示す。図中の点線は最適解の探索確率が95%を超え
るαの範囲で3.0≦α≦10.5である。図より、αが大き
くなると、最適解の探索確率は急激に上昇した後、再び
下降する。α<3.0の範囲とα>10.5の範囲のそれぞれに
ついて、誤探索の原因を以下に示す。
(B-1) The magnitude of the weight and the ability to search for the optimum solution α is changed in the range of 1 to 100 for the map information used in the route search shown in FIG. Each search is performed 100 times, and the number of times the optimum solution is obtained is checked. Where α 0 to α 2 are α 0 = α, α 1 = (1 + α) / 2, α
2 = 1. Figure 2 shows the relationship between α and the probability of obtaining the optimal solution.
3 is shown. The dotted line in the figure satisfies 3.0 ≦ α ≦ 10.5 in the range of α where the search probability of the optimal solution exceeds 95%. As shown in the figure, when α increases, the search probability of the optimal solution rapidly increases and then decreases again. The cause of the erroneous search in each of the range of α <3.0 and the range of α> 10.5 is described below.

【0052】(b-2) 局所解の原因 αが小さい場合 α0=1.5, α1=1.25, α2=1.0とした時の探索結果の一例
を図24に示す。この図からわかるように、あらかじめ
設定した2点の経由点のうち1点(A点)のみ通過する
経路が得られている。これはαが小さいため、 (2点を経由する最短経路長)>(1点を経由する最短経路長
×α1) となるからであり、上記重みを用いた評価関数では最適
解を得ることができない。
(B-2) Cause of Local Solution When α is Small FIG. 24 shows an example of a search result when α 0 = 1.5, α 1 = 1.25, and α 2 = 1.0. As can be seen from this figure, a route is obtained that passes through only one point (point A) out of two preset waypoints. This is because α is small, so that (the shortest path length passing through two points)> (the shortest path length passing through one point x α 1 ), the optimal function can be obtained with the evaluation function using the above weights. Can not.

【0053】αが大きい場合 αを十分大きくした場合、のように論理的に最適解が
得られない評価関数となることはないが、局所解に陥る
確率が増加する。図25に α=100.0, α0=α, α1=(1+α)/2, α2=1 として探索した場合の局所解の一例を示す。図25よ
り、指定経由点A,Bを全て通過しているものの、局所
解に陥っていることがわかる。局所解に陥る原因とし
て、探索段階で個体群の多様性が失われているからであ
る。これを検証するために、世代交代に伴う個体群の実
経路長の分散の変化を調べる。その結果を図26に示
す。
When α is large If α is made sufficiently large, the evaluation function will not be such that an optimal solution cannot be obtained logically, but the probability of falling into a local solution will increase. FIG. 25 shows an example of a local solution when a search is performed with α = 100.0, α 0 = α, α 1 = (1 + α) / 2, and α 2 = 1. From FIG. 25, it can be seen that although the vehicle has passed all of the designated transit points A and B, it has fallen into a local solution. The reason for the local solution is that the diversity of the population is lost in the search stage. To verify this, the change in the variance of the actual path length of the population due to the generation change is examined. The result is shown in FIG.

【0054】図中の実線はα=3.0で最適解が得られてい
る場合の分散、点線はα=100.0で局所解に陥っている場
合の分散を示す。図26より、α=100.0の場合は探索の
速い段階で分散が小さくなっており、個体群の多様性が
急激に失われていることがわかる。上記多様性の消失の
理由について考察する。本発明では初期集団をランダム
に生成しており、多くの経由点を持つ個体は少ない経由
点を持つ個体に比べて発生確率が低い。αの設定が大き
すぎると、経由点数によって適応度に大きな差が生じ
る。このため、多くの経由点数を持つ少ない個体の選択
確率が高くなる。したがって個体群が同じ個体で占めら
れることになり、個体群の多様性が失われる。個体群の
多様性が小さい場合、ビルディングブロックとなりうる
スキマタの種類が少なくなり、最適なビルディングブロ
ックが形成される確率が低くなる。さらに、探索処理の
速い段階で局所解に収束するため、最適解探索の処理は
突然変異のみとなる。しかしながら、突然変異で有効な
スキマタを持つ個体が生成されても、適応度の大きな差
によって淘汰される可能性が高く、局所解からの脱出は
困難である。
The solid line in the figure shows the variance when the optimal solution is obtained at α = 3.0, and the dotted line shows the variance when the local solution falls at α = 100.0. From FIG. 26, it can be seen that when α = 100.0, the variance is small at an early stage of the search, and the diversity of the population is rapidly lost. Consider the reasons for the loss of diversity. In the present invention, the initial population is randomly generated, and individuals having many transit points have a lower occurrence probability than individuals having few transit points. If the setting of α is too large, there will be a large difference in fitness depending on the number of via points. For this reason, the selection probability of a small individual having many via points increases. Therefore, the population is occupied by the same individual, and the diversity of the population is lost. When the diversity of the population is small, the types of skimmers that can be building blocks are reduced, and the probability that an optimum building block is formed decreases. Furthermore, since the search solution converges to a local solution at an early stage, the process of searching for an optimum solution is only a mutation. However, even if an individual having an effective skimmer is generated by mutation, it is highly likely that the individual will be eliminated due to a large difference in fitness, and it is difficult to escape from a local solution.

【0055】一方、αを最適に設定した場合は、個体の
選択確率に極端な偏りを生じない。これにより、探索過
程での多様性が維持され、個体中の有効なスキマタがビ
ルディングブロックとなって残っていくため、最適解を
求めることが可能となる。図27、図28にα=3.0の場
合とα=100.0の場合のビルディングブロック形成の様子
の一例を示す。なお、図中の点線は経由点Aを持つ個体
数、破線は経由点Bを持つ個体数、実線はその両方を持
つ個体数の推移を示す。図より、適切なα(=3.0)を設
定した場合、世代交代が進むにしたがって、有効なスキ
マタが組み合わされることにより、ビルディングブロッ
クを形成していることがわかる。逆にαが大きすぎる場
合にはビルディングブロックが形成されていないことが
わかる。
On the other hand, when α is optimally set, no extreme bias occurs in the selection probabilities of individuals. As a result, diversity in the search process is maintained, and effective skimmers in the individual remain as building blocks, so that an optimal solution can be obtained. FIG. 27 and FIG. 28 show an example of how building blocks are formed when α = 3.0 and α = 100.0. The dotted line in the figure indicates the number of individuals having the via point A, the broken line indicates the number of individuals having the via point B, and the solid line indicates the change in the number of individuals having both of them. From the figure, it can be seen that when an appropriate α (= 3.0) is set, as the generation change progresses, effective skimmers are combined to form a building block. Conversely, if α is too large, it can be seen that no building block is formed.

【0056】(b-3) 重みの決定手順 以上よりαの値は、個体群の多様性を維持し局所解に陥
る確率を少なくするために、全経由点を通過する経路が
選ばれる範囲で、なるべく小さい値に設定すればよい。
つまり、αの初期値を小さく設定し、探索過程で各個体
を観察して(経由点数nの最良個体の経路長)>(経由点数n
-1の最良個体の経路長×αn-1)となる個体が出現した場
合に、αの値を大きくすればよい。図29は重みの決定
処理フローである。初期時、重みαの値を小さめに設定
し(ステップ551)、第i世代に対して遺伝的アルゴ
リズム適用し(ステップ552)、ついで、終了条件が
満たされたかチェックする(ステップ553)。終了条
件が満たされていなければ、個体(経路)群の中から、n
個の全経由点を通る最短経路長Lnと(n-1)個の経由点を
通る最短経路長Ln-1を求め、 Ln<Ln-1・αn-1 (5) が成立するかチェックし(ステップ554)、成立すれ
ば、重みを変更せずiを歩進し(ステップ555)、ス
テップ552以降の処理を繰り返す。一方、ステップ5
54において、(5)式が成立しなければ重みを25%増大し
(ステップ556)、iを歩進してステップ552以降
の処理を行う。又、ステップ553において、終了条件
が満たされれば、処理を終了する。
(B-3) Procedure for Determining Weight As described above, the value of α is determined within a range where a route passing through all the waypoints is selected in order to maintain the diversity of the population and reduce the probability of falling into a local solution. , May be set as small as possible.
That is, the initial value of α is set small, and each individual is observed in the search process (the path length of the best individual with the number of via points n)> (the number of via points n
When an individual having the best individual path length of −1 × α n−1 ) appears, the value of α may be increased. FIG. 29 is a flowchart of the weight determination process. At the initial stage, the value of the weight α is set smaller (step 551), the genetic algorithm is applied to the i-th generation (step 552), and it is checked whether the termination condition is satisfied (step 553). If the termination condition is not satisfied, n
Seeking the shortest path length L n-1 through the shortest path length L n and (n-1) pieces of waypoints through the number of all waypoints, L n <L n-1 · α n-1 is (5) It is checked whether the condition is satisfied (step 554). If the condition is satisfied, i is incremented without changing the weight (step 555), and the processing from step 552 is repeated. Step 5
At 54, if equation (5) does not hold, the weight is increased by 25%.
(Step 556) Steps i and 552 are performed by incrementing i. If the termination condition is satisfied in step 553, the process ends.

【0057】(b-4) 重み決定の実現例 具体的な数値を用いた上述の重み設定法の実現例を説明
する。この実現例では重みαに関する制約を満足する値
を各点間の距離を用いて設定し、図21の地図情報に適
用する。まず出発点S、経由点A,B、到着点Gの各点
間の直線距離SA, AB, BG, AG,SGを調べる。これを用い
て出発点と到達点の直線距離SG、1点経由の最短直線距
離SAG(=SA+AG),2点経由の最短直線距離SABG(=SA+AB+BG)
を求め、α0=(SA+AB+BG)/SG, α1=(SA+AG)/SGを初期値
として探索を開始する。探索過程において、 (経由点数nの最良個体の経路長)>(経由点数n-1の最良個
体の経路長×αn-1) となる個体が出現した場合、α0を初期値の25%ずつ増加
し、α1は α1=(α0-1)×(α1の初期値/α0の初期値)+1 となるように更新する。探索の結果、最適解が得られ
た。探索時間は3.49秒で、第2の提案方法と比較して89.
9%の削減となっている。また、100回の探索を行ったと
ころ、探索終了時の重みの値はいずれも図23に点線で
示した範囲内であり、最適解が得られた回数は99回であ
った、以上の結果により、この重みの決定法は有効であ
るといえる。
(B-4) Example of Realizing Weight Determination An example of realizing the above-described weight setting method using specific numerical values will be described. In this implementation example, a value that satisfies the constraint on the weight α is set using the distance between the points, and is applied to the map information in FIG. First, the linear distances SA, AB, BG, AG, SG between the starting point S, the waypoints A, B, and the arriving point G are checked. Using this, the linear distance SG between the starting point and the destination point, the shortest linear distance SAG via one point (= SA + AG), the shortest linear distance SABG via two points (= SA + AB + BG)
And search is started with α 0 = (SA + AB + BG) / SG and α 1 = (SA + AG) / SG as initial values. In the search process, if an individual with (path length of the best individual with the number of via points n)> (path length of the best individual with the number of via points n-1 × α n-1 ) appears, α 0 is 25% of the initial value. increments, alpha 1 updates such that α 1 = (α 0 -1) × ( initial values of / alpha 0 of alpha 1) +1. As a result of the search, an optimal solution was obtained. The search time is 3.49 seconds, 89.compared to the second proposed method.
9% reduction. In addition, when the search was performed 100 times, the weight values at the end of the search were all within the range shown by the dotted line in FIG. 23, and the number of times the optimal solution was obtained was 99 times. Therefore, it can be said that this weight determination method is effective.

【0058】(E)全指定経由点を通る最適巡回経路探
索 以上では出発地と目的地が異なる場合において指定され
た全経由点を通過する最短経路探索法について説明した
が、以下では出発地と目的地が同一の場合において指定
された全経由点を通る最短巡回経路探索について説明す
る。 (a)遺伝子型の設計 図19(b)の拡張遺伝子型は出発点と到着点が異なる場
合のみ表現可能である。このため、出発地と目的地が同
一の場合の遺伝子型を設計する必要がある。本発明では
巡回経路を、出発地から(N-1)個の指定経由点を通過し
て最後のN番目の経由点に到る第1経路と、最後の指定
経由点から出発地に到る第2経路とに分け、それぞれの
経路を遺伝子型で表現し、各遺伝子型を組み合わせるこ
とにより巡回経路(個体)を表現する。すなわち、出発
地から(N-1)個の指定経由点を通過して最後のN番目の経
由点に到る第1経路の全通過実ノードに対応する仮想ノ
ードを遺伝子として有する図19(b)の拡張遺伝子型
{G1}と、最後の指定経由点から出発地に到る第2経
路の全通過実ノードを遺伝子として有する図5(c)の
遺伝子型{G2}の二つを連結してなる遺伝子型 {G1}{G2} で巡回経路(個体)を表現する。
(E) Searching for optimal traveling route through all designated waypoints The method of searching for the shortest route passing through all the designated waypoints when the departure point and the destination are different has been described above. A description will be given of a shortest route search that passes through all designated waypoints when the destination is the same. (A) Design of genotype The extended genotype of FIG. 19B can be expressed only when the starting point and the ending point are different. For this reason, it is necessary to design a genotype when the starting point and the destination are the same. In the present invention, the circuit route is a first route from the departure point to the last N-th way point after passing through (N-1) designated waypoints, and a departure point from the last designated waypoint. The route is divided into a second route, each route is expressed by a genotype, and a cyclic route (individual) is expressed by combining the genotypes. That is, FIG. 19 (b) having, as a gene, a virtual node corresponding to all the passing real nodes of the first route from the departure place to the last Nth waypoint through (N-1) designated waypoints ) and extended genotype {G 1} of the two last all-pass real node of the second path leading to departure from the specified route point genotypes shown in FIG. 5 (c) with a gene {G 2} A traveling route (individual) is represented by a connected genotype {G 1 {G 2 }}.

【0059】(b)シミュレーション結果 前述のいわき市のマップ情報に対して3つの経由点A,
B,Cを指定し、これらの3点をすべて出発地Sから巡
回する最短巡回経路を探索する。なお、適応度は巡回経
路の全長の逆数によって計算し、選択淘汰はルーレット
戦略ならびにエリート保存戦略を用いる。また、交叉は
二つの遺伝子型から、巡回するノードの順序が類似する
ような新たな遺伝子が生成されるように行うものとす
る。突然変異は設定した変異確率に基づいて行う。個体
数を50、終了条件を50世代無進化、突然変異確率を
5%として実験を行った結果、図30に示す最短経路M
SRPが得られた。図より、3つの指定した経由点A,
B,Cを全て経由する最短巡回経路が得られていること
がわかる。また、点Bを経由する経路は重複して通過す
るノードを持つが、このよう経路を持つ最短巡回経路に
ついても探索が可能となっている。以上より従来法では
困難であった、指定された複数の経由点をすべて巡回す
る最短巡回経路を一回の処理で探索することが可能とな
った。
(B) Simulation Results Three route points A,
B and C are designated, and the shortest route that goes around all three points from the starting point S is searched. The fitness is calculated by the reciprocal of the total length of the traveling route, and the selection is performed using a roulette strategy and an elite conservation strategy. The crossover is performed so that a new gene having a similar order of the circulating nodes is generated from the two genotypes. Mutation is performed based on the set mutation probability. As a result of an experiment in which the number of individuals is 50, the termination condition is 50 generations non-evolution, and the mutation probability is 5%, the shortest path M shown in FIG.
SRP was obtained. From the figure, the three designated waypoints A,
It can be seen that the shortest route that passes through all of B and C is obtained. Further, the route passing through the point B has nodes that pass in duplicate, and the shortest route having such a route can be searched. As described above, it has become possible to search for the shortest traveling route that traverses all of a plurality of designated transit points in a single process, which is difficult with the conventional method.

【0060】(c)上限コストが設定されている場合の
最適巡回経路探索 指定された経由点を巡回する最適巡回経路探索におい
て、巡回コストの上限(たとえば最大走行距離)が設定
されていると上限コスト以内で全指定経由点を巡回でき
ない場合である。かかる場合は、上限コスト以下で最大
数の指定経由点を巡回する巡回経路を探索して出力する
必要がある。図31は上限コスト以下で最大数の指定経
由点を通る最適巡回経路の探索処理フローである。指定
経由点の数をNとすれば、N個全ての経由点を通る所定数
m(例えばm=25)の第1の個体群、(N-1)個の指定経由点
を通る所定数mの第2の個体群、(N-2)個の指定経由点
を通る所定数mの第3の個体群、・・1個の指定経由点
を通る所定数mの第Nの個体群を作成して初期集団とす
る(ステップ601)。尚、個々の個体は前記(a)で
説明した遺伝子型{G1}{G2}で表現する。
(C) Optimum tour route search when an upper limit cost is set In an optimum tour search that traverses a designated waypoint, if an upper limit of the tour cost (for example, the maximum traveling distance) is set, the upper limit is set. This is a case where all designated waypoints cannot be visited within the cost. In such a case, it is necessary to search for and output a tour route that goes around the maximum number of designated waypoints at or below the upper limit cost. FIG. 31 is a flowchart of a search process for an optimal traveling route that passes through the maximum number of designated via points at or below the upper limit cost. If the number of designated waypoints is N, a predetermined number m (for example, m = 25) of first individuals passing through all N waypoints, a predetermined number m passing through (N-1) designated waypoints , A predetermined number m of third individuals passing through (N-2) designated waypoints,... A predetermined number m of Nth populations passing through one designated waypoint To obtain an initial group (step 601). Each individual is represented by the genotype {G 1 {G 2 } described in the above (a).

【0061】それぞれの個体群について遺伝的アルゴリ
ズムを繰り返し適用して全経由点を通過する最短(最
適)の巡回経路、(N-1)個の経由点を通る最短の巡回経
路、(N-2)個の経由点を通る最短の巡回経路、・・・、
1個の指定経由点を通る最短の巡回経路を求める(ステ
ップ602)。この場合、(N-1)個の経由点を通過する
個体群に対してGAを適用する過程で新たな個体が発生
するが、(N-1)個の経由点を通過しない個体は致死遺伝
子として殺す必要がある。各個体群における最適巡回経
路が求まれば、設定されている上限コスト(最大走行距
離)以下の最適巡回経路が存在するかチェックする(ステ
ップ603)。上限コスト以下であるか否かは、適応度
(Fitness)の逆数により巡回経路の走行距離を求め、該
走行距離が上限コスト(最大走行距離)以下であるか否か
により決定する。上限コスト(最大走行距離)以下の最適
巡回経路が存在すれば、それら最適巡回経路のうちで最
大数の経由点を通過する巡回経路を探索し、例えば、デ
ィスプレイ画面に表示する(ステップ604)。
The shortest (optimal) circuit path passing through all the waypoints, the shortest circuit path passing through (N-1) waypoints, and (N-2) ) Shortest round path through the via points, ...,
The shortest traveling route passing through one designated waypoint is determined (step 602). In this case, a new individual is generated in the process of applying GA to the population passing through the (N-1) waypoints, but the individual not passing through the (N-1) waypoints is a lethal gene. Need to kill as. When the optimal tour route for each individual group is obtained, it is checked whether there is an optimal tour route that is equal to or less than the set upper limit cost (maximum traveling distance) (step 603). Whether the cost is below the maximum cost is determined by the fitness
The running distance of the traveling route is obtained from the reciprocal of (Fitness), and it is determined whether the running distance is equal to or less than the upper limit cost (maximum running distance). If there is an optimal route that is equal to or less than the upper limit cost (maximum traveling distance), a route that passes through the maximum number of waypoints is searched for from among the optimal routes, and is displayed on a display screen, for example (step 604).

【0062】(d)シミュレーション結果 前述のいわき市のマップ情報に本手法を適用した実験を
行った。指定した経由点は地図中A〜Cの3点である。
全個体を3つの個体群に分け、それぞれ経由点のうち、
1,2,3個の点を通過する個体のみを用いてGA処理
を行う。本実験において使用したパラメータは、各個体
群につき個体数が50、終了条件が50世代無進化、突
然変異確率が5%である。上限コストが25kmの場合
は図32(a)に示すように全経由点を通過する最短巡
回経路が得られ、前述の全指定経由点を巡回する最適巡
回経路探索法と同じ結果が得られる。又、上限コストが
10kmの場合は、図32(b)に示すように経由点の
うち2点A,Bを通る最短巡回経路が得られる。すなわ
ち、上限コストが10kmの場合、3点を経由する最短
巡回経路の走行距離は上限コストを超えており、2点
A,Bを通る最適経路を解とすることで、上限コストの
範囲内で最大数の経由点を通る最短経路を得ることがで
きる。以上、本発明はカーナビゲーションシステムにお
ける巡回経路探索や宅配ルート探索などに適用できる。
以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は請求
の範囲に記載した本発明の主旨に従い種々の変形が可能
であり、本発明はこれらを排除するものではない。
(D) Simulation Results An experiment was performed in which the present method was applied to the above-described map information of Iwaki City. The designated waypoints are three points A to C in the map.
All individuals are divided into three groups,
GA processing is performed using only individuals passing through one, two, or three points. The parameters used in this experiment are that the number of individuals per individual group is 50, the termination condition is 50 generations non-evolution, and the mutation probability is 5%. When the upper limit cost is 25 km, the shortest route that passes through all the waypoints is obtained as shown in FIG. 32A, and the same result as the above-described optimal route search method that goes through all the designated waypoints is obtained. When the upper limit cost is 10 km, a shortest route that passes through two points A and B among the waypoints is obtained as shown in FIG. That is, when the upper limit cost is 10 km, the traveling distance of the shortest route that passes through three points exceeds the upper limit cost, and the optimal route that passes through the two points A and B is used as a solution, so that the travel distance is within the upper limit cost. The shortest path through the maximum number of waypoints can be obtained. As described above, the present invention can be applied to a tour route search, a home delivery route search, and the like in a car navigation system.
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention can be variously modified in accordance with the gist of the present invention described in the claims, and the present invention does not exclude these.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上本発明によれば、個体(経路)に含
まれる指定経由点数に応じて重みを決定し、該個体の出
発地から目的地までの距離に前記重みを乗じた値の逆数
を遺伝的アルゴリズムにおける評価関数としたから、従
来、致死遺伝子としていた個体を活用して効率的に最適
経路探索を行え、計算量を削減し、かつ、短時間で最適
経路の探索が可能となった。又、本発明によれば、重み
を最初小さめに設定し、遺伝的アルゴリズムを適用する
毎に求まるn個の指定経由点を含む経路の最短経路長L
nと、(n-1)個の指定経由点を含む経路の最短経路長L
n-1に重みαn-1を乗算した経路長Ln-1・αn-1との大小
を比較し、Ln>Ln-1・αn-1であれば、重みを所定割合
増加し、重みが最適値になるように制御したから、局所
解に陥ることなく最適解を得ることができる。又、本発
明によれば、最適巡回経路を探索する場合、出発地から
(N-1)個の指定経由点を通過して最後の経由点に到る経
路の全通過実ノードに応じた仮想ノードを遺伝子として
有する拡張遺伝子型と、最後の指定経由点から出発地に
到る経路の全通過実ノードを遺伝子として有する遺伝子
型とを組み合わせて表現した巡回経路(個体)を所定
数、初期個体群として用意し、該個体群に遺伝的アルゴ
リズムを繰り返し適用するように構成したから、指定さ
れた全経由地点を通過する最適な巡回経路の探索ができ
る。
As described above, according to the present invention, a weight is determined according to the number of designated via points included in an individual (route), and the reciprocal of the value obtained by multiplying the distance from the starting point to the destination of the individual by the weight is determined. Was used as the evaluation function in the genetic algorithm, so that it was possible to efficiently search for the optimal route using individuals that had previously been lethal genes, reduce the amount of calculation, and search for the optimal route in a short time. Was. According to the present invention, the shortest path length L of the path including the n designated via points, which is obtained each time the genetic algorithm is applied, is set by setting the weight smaller at first.
n and the shortest path length L of the path including the (n-1) designated via points
comparing the magnitude of the path length L n-1 · α n- 1 multiplied by the weight alpha n-1 to n-1, if L n> L n-1 · α a n-1, a predetermined percentage weights Since the weight is increased and the weight is controlled to be an optimum value, an optimum solution can be obtained without falling into a local solution. Further, according to the present invention, when searching for an optimal circuit route, from the starting point
An extended genotype having as a gene a virtual node corresponding to all the passing real nodes of the route to the last waypoint after passing through (N-1) specified waypoints, and from the last specified waypoint to the starting point A predetermined number of traveling paths (individuals) expressed by combining genotypes having genes that have all the passing real nodes of a path as genes are prepared as initial populations, and a genetic algorithm is repeatedly applied to the populations. Therefore, it is possible to search for an optimal traveling route that passes through all the designated waypoints.

【0064】又、本発明によれば、指定経由点を全て通
る所定数の第1の個体群、(N-1)個の指定経由点を通る
所定数の第2の個体群、(N-2)個の指定経由点を通る所
定数の第3の個体群、・・・を設け、それぞれの個体群
について遺伝的アルゴリズムを繰り返し適用して全経由
点を通過する最適の巡回経路、(N-1)個の経由点を通る
最適の巡回経路、(N-2)個の経由点を通る最適の巡回経
路、・・・を求め、指定された上限コスト以下で最大数
の経由点を通過する巡回経路を探索するように構成した
から、上限コスト以下で最大数の指定経由地を通過して
出発地に戻る巡回経路の探索ができる。
Further, according to the present invention, a predetermined number of first populations passing through all designated transit points, a predetermined number of second populations passing through (N-1) designated transit points, (N- 2) Provide a predetermined number of third populations passing through the designated waypoints,..., And apply the genetic algorithm repeatedly to each population to optimally travel through all the waypoints; -1) Optimum circuit route through (N-2) waypoints, etc., and the maximum number of waypoints with less than or equal to the specified upper limit cost are determined. Since it is configured to search for a traveling route, it is possible to search for a traveling route that returns to the departure place after passing through the maximum number of designated transit points at or below the upper limit cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の最適経路探索を説明するためのナビゲ
ーション装置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a navigation device for explaining an optimal route search according to the present invention.

【図2】本発明の最適巡回経路探索を説明するためのナ
ビゲーション装置の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a navigation device for explaining an optimal traveling route search according to the present invention.

【図3】GAの処理手順説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a GA processing procedure.

【図4】一般的な個体表現説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a general individual expression.

【図5】2点間最短経路探索に適用できる遺伝子型の説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a genotype applicable to a shortest path search between two points.

【図6】最短経路探索をGAに基づいて実行する構成図
である。
FIG. 6 is a configuration diagram for executing a shortest route search based on GA.

【図7】探索終了判定処理フローである。FIG. 7 is a search end determination processing flow.

【図8】選択淘汰処理説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a selection process.

【図9】選択淘汰処理フローである。FIG. 9 is a flowchart of a selection process.

【図10】一様交叉説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of uniform crossover.

【図11】遺伝子型個体に一様交叉を施した例である。FIG. 11 shows an example in which genotype individuals are uniformly crossed.

【図12】交叉処理フローである。FIG. 12 is a crossover processing flow.

【図13】突然変異処理説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a mutation process.

【図14】突然変異処理フローである。FIG. 14 is a flowchart of a mutation process.

【図15】最短経路探索結果説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram of a shortest route search result.

【図16】最短経路探索において、最短経路と同時に得
られる第2順位、第3順位の経路説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram of the second and third ranks obtained simultaneously with the shortest route in the shortest route search.

【図17】仮想ノードを持つ経路の説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram of a route having a virtual node.

【図18】接続ノード例である。FIG. 18 is an example of a connection node.

【図19】拡張遺伝子型説明図である。FIG. 19 is an explanatory diagram of an extended genotype.

【図20】全指定経由点を通る最短経路の探索結果説明
図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram of a search result of a shortest route passing through all designated via points.

【図21】2経由点を含む経路の探索結果説明図であ
る。
FIG. 21 is an explanatory diagram of a search result of a route including two waypoints.

【図22】各パラメータ説明図表である。FIG. 22 is an explanatory diagram of each parameter.

【図23】重みαに対する最適解の探索能力説明図であ
る。
FIG. 23 is an explanatory diagram of an ability to search for an optimum solution for a weight α.

【図24】局所解の一例である(α=1.5)である。FIG. 24 is an example of a local solution (α = 1.5).

【図25】局所解の一例である(α=100.0)である。FIG. 25 is an example of a local solution (α = 100.0).

【図26】世代交代と個体群の分散の関係図である。FIG. 26 is a diagram showing the relationship between generational changes and the variance of individual groups.

【図27】ビルディングブロックの形成説明図である
(α=3.0)。
FIG. 27 is an explanatory diagram of the formation of a building block (α = 3.0).

【図28】ビルディングブロックの形成説明図である
(α=100.0)。
FIG. 28 is an explanatory diagram of building block formation (α = 100.0).

【図29】重み決定処理フローである。FIG. 29 is a flowchart of a weight determination process.

【図30】全指定経由点を通る最短巡回経路の探索結果
説明図である。
FIG. 30 is an explanatory diagram of a search result of the shortest traveling route passing through all designated via points.

【図31】上限コスト以下の最短巡回経路の探索処理フ
ローである。
FIG. 31 is a flowchart of a search processing flow for the shortest route that is equal to or less than the upper limit cost.

【図32】上限コスト以下で最大数の指定経由点を通る
最適巡回経路の探索結果説明図である。
FIG. 32 is an explanatory diagram of a search result of an optimal circuit route that passes through a maximum number of designated waypoints at or below the upper limit cost.

【符号の説明】 1・・地図情報記憶媒体 2・・車両位置検出部 3・・モコンユニット 4・・GAにより最適経路を探索する経路探索ユニット 5・・モニター S・・出発地 G・・目的地 A,B・・経由点 MSP・・最短経路[Description of Signs] 1. Map information storage medium 2. Vehicle position detection unit 3. Mocon unit 4. Route search unit that searches for the optimal route by GA 5. Monitor S. Departure point G. Purpose Location A, B ... Via point MSP ... Shortest route

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲垣 潤 北海道札幌市中央区北17条西15丁目2−17 アークコート北大西303号 (72)発明者 北島 秀夫 北海道札幌市厚別区上野幌2条1丁目5番 28号 Fターム(参考) 2F029 AA02 AB01 AB07 AB13 AC02 AC09 AC14 5H180 AA01 BB13 CC12 EE02 FF04 FF05 FF22 FF32  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Jun Inagaki 15-17-17 Ark Court Kita-Onishi 303 Chuo-ku, Sapporo-shi No. 5-28 F term (reference) 2F029 AA02 AB01 AB07 AB13 AC02 AC09 AC14 5H180 AA01 BB13 CC12 EE02 FF04 FF05 FF22 FF32

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の地点から指定されたN個の経由点
を通って第2の地点に到る経路を探索する場合、全実ノ
ードにおける最大接続ノード数Mと指定経由点数に1を
加えた(N+1)のうち小さい方を仮想ノード数kとし、各
実ノードについて戻り経路を可能にするためにk個の仮
想ノードを用意し、第1の地点から第2の地点までの全
通過実ノードに応じた仮想ノードを遺伝子として有する
と共に、遺伝的アルゴリズムにおける交叉処理が可能な
構造を有する拡張遺伝子型を設計し、該拡張遺伝子型に
より表現された第1の地点から第2の地点までの経路
(個体)を所定数、初期個体群として用意し、該拡張遺
伝子型で表現された個体群に遺伝的アルゴリズムを繰り
返し適用して全指定経由点を通る第1の地点から第2の
地点までの最適経路を探索する最適経路探索方法におい
て、 前記個体(経路)に含まれる指定経由点数に応じて重み
を決定し、 該個体の第1の地点から第2の地点までの距離に前記重
みを乗じた値の逆数を遺伝的アルゴリズムにおける評価
関数とする、 ことを特徴とする最適経路探索方法。
1. When searching for a route from a first point to a second point through N designated via points, 1 is set to the maximum number M of connected nodes in all real nodes and the designated via point. The smaller one of the added (N + 1) is set as the number k of virtual nodes, and k virtual nodes are prepared to enable a return route for each real node, and the number of virtual nodes from the first point to the second point is set. An extended genotype having a virtual node corresponding to an all-passed real node as a gene and having a structure capable of performing cross-processing in a genetic algorithm is designed, and a second genotype is designed from a first point represented by the extended genotype. A predetermined number of routes (individuals) to a point are prepared as an initial population, and a genetic algorithm is repeatedly applied to the population represented by the extended genotype to pass from the first point to the second point passing through all designated via points. Find the best route to a point In the optimal route search method, a weight is determined according to the number of designated via points included in the individual (route), and a reciprocal of a value obtained by multiplying a distance from a first point to a second point of the individual by the weight is determined. An optimal path search method, wherein is an evaluation function in a genetic algorithm.
【請求項2】 前記重みの初期値を小さめに設定し、遺
伝的アルゴリズムを適用する毎に求まるn個の指定経由
点を含む経路の最短経路長Lnと、(n-1)個の指定経由点
を含む経路の最短経路長Ln-1に重みαn-1を乗算した経
路長Ln-1・αn-1との大小を比較し、Ln>Ln-1・αn-1
であれば、重みを増加することを特徴とする請求項1記
載の最適経路探索方法。
2. The shortest path length L n of a path including n designated via points obtained each time the genetic algorithm is applied by setting the initial value of the weight to be small, and (n-1) designated paths Compare the path length L n−1 · α n−1 obtained by multiplying the shortest path length L n−1 of the path including the via point by the weight α n−1, and calculate L n > L n−1 · α n -1
2. The optimal route search method according to claim 1, wherein the weight is increased.
【請求項3】 第1の地点から指定されたN個の経由点
を通って第2の地点に到る経路を探索する場合、全実ノ
ードにおける最大接続ノード数Mと指定経由点数に1を
加えた(N+1)のうち小さい方を仮想ノード数kとし、各
実ノードについて戻り経路を可能にするためにk個の仮
想ノードを用意し、第1の地点から第2の地点までの全
通過実ノードに応じた仮想ノードを遺伝子として有する
と共に、遺伝的アルゴリズムにおける交叉処理が可能な
構造を有する拡張遺伝子型を設計し、該拡張遺伝子型に
より表現された第1の地点から第2の地点までの経路
(個体)を所定数、初期個体群として用意し、該拡張遺
伝子型で表現された個体群に遺伝的アルゴリズムを繰り
返し適用して全指定経由点を通る第1の地点から第2の
地点までの最適経路を探索する最適経路探索方法におい
て、 前記第1の地点と第2の地点が同一地点(出発地)であ
る最適巡回経路を探索する場合、出発地から(N-1)個の
指定経由点を通って最後の経由点に到る経路の全通過実
ノードに応じた仮想ノードを遺伝子として有する拡張遺
伝子型と、最後の指定経由点から出発地に到る経路の全
通過実ノードを遺伝子として有する遺伝子型とを組み合
わせて表現された巡回経路(個体)を所定数、初期個体
群として用意し、 前記個体群に遺伝的アルゴリズムを繰り返し適用して全
指定経由点を通って出発地に戻る最適巡回経路を探索す
る最適巡回経路探索方法。
3. When searching for a route from the first point to the second point through the specified N waypoints, the maximum number M of connected nodes in all the real nodes and 1 for the specified waypoint are set. The smaller one of the added (N + 1) is set as the number k of virtual nodes, and k virtual nodes are prepared to enable a return route for each real node, and the number of virtual nodes from the first point to the second point is set. An extended genotype having a virtual node corresponding to an all-passed real node as a gene and having a structure capable of performing cross-processing in a genetic algorithm is designed, and a second genotype is designed from a first point represented by the extended genotype. A predetermined number of routes (individuals) to a point are prepared as an initial population, and a genetic algorithm is repeatedly applied to the population represented by the extended genotype to pass from the first point to the second point passing through all designated via points. Find the best route to a point In the method of searching for an optimal route, the first point and the second point are searched for an optimal circuit route where the first point and the second point are the same point (departure point), from the departure point through (N-1) designated via points. An extended genotype having, as a gene, a virtual node corresponding to an all-passing real node of the route to the last waypoint, and a genotype having, as a gene, an all-passing real node of the route from the last designated waypoint to the starting point A predetermined number of tour routes (individuals) expressed by combining the above are prepared as an initial population, and the optimal tour route returning to the departure point through all designated via points by repeatedly applying a genetic algorithm to the population is provided. The optimal circuit search method to search.
【請求項4】 指定経由点を全て通る所定数の第1の個
体群、(N-1)個の指定経由点を通る所定数の第2の個体
群、(N-2)個の指定経由点を通る所定数の第3の個体
群、・・・を用意し、 それぞれの個体群について遺伝的アルゴリズムを繰り返
し適用して全経由点を通過する最適の巡回経路、(N-1)
個の経由点を通る最適の巡回経路、(N-2)個の経由点を
通る最適の巡回経路、・・・を求め、 指定された上限コスト以下で最大数の経由点を通過する
巡回経路を探索する請求項3記載の最適巡回経路探索方
法。
4. A predetermined number of first individuals passing through all designated via points, a predetermined number of second individuals passing through (N-1) designated via points, and (N-2) designated vias A predetermined number of third populations passing through the points are prepared, and an optimal circuit route that passes through all the transit points by repeatedly applying the genetic algorithm to each population is provided, (N-1)
, The optimal circuit route passing through the (N-2) number of waypoints, and so on, and the maximum number of waypoints that pass through the maximum number of waypoints at or below the specified upper limit cost 4. The method according to claim 3, wherein the search is performed.
【請求項5】 前記遺伝的アルゴリズムは、 評価関数を用いて各個体の適応度を計算するステップ、 適応度が大きい全体の何割かの個体を選択して残りを淘
汰するステップ、 選択された個体に交叉処理、突然変異処理を施して新た
な個体を生成して総計N個の個体よりなる個体群を生成
するステップ、 適応度の改善が見られなくなるまで、あるいは、遺伝的
アルゴリズムの適用回数が設定回数になるまで、前記個
体群を構成する各個体に上記処理を施すステップ、 適応度の改善が見られなくなったとき、あるいは、遺伝
的アルゴリズムの適用回数が設定回数になったとき、適
応度が最良の個体を最適経路として出力するステップ、
を有することを特徴とする請求項1又は請求項3又は請
求項4記載の最適巡回経路探索方法。
5. The genetic algorithm, comprising the steps of: calculating a fitness of each individual using an evaluation function; selecting some of the individuals having a large fitness and selecting the remaining individuals; Generating a new individual by performing crossover processing and mutation processing to generate a population consisting of a total of N individuals, until no improvement in fitness is seen, or the number of times the genetic algorithm is applied Applying the above-described processing to each of the individuals constituting the individual group until the set number of times is reached, when the improvement of the fitness is no longer observed, or when the number of applications of the genetic algorithm reaches the set number of times, Outputting the best individual as the optimal route,
5. The optimal circuit search method according to claim 1, further comprising:
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