[發(fā)明專利]一種基于組合優(yōu)化的多塊地選種決策優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711143224.8
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107832892B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史忠順;趙宇;張璽;侍樂媛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/02;G06N3/08
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

1.一種基于組合優(yōu)化的多塊地選種決策優(yōu)化方法，針對多塊地選種決策問題，基于混合整數(shù)二次規(guī)劃方法，構(gòu)建基于組合優(yōu)化理論方法的多塊地糧食選種決策模型，實現(xiàn)對多塊地選種進行決策優(yōu)化；包括如下步驟：

1)將土壤數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)集合起來，構(gòu)建訓(xùn)練樣本集；

2)通過特征選擇方法獲取影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的輸入變量；

3)構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并通過交叉檢驗方法，經(jīng)過反復(fù)訓(xùn)練，提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在預(yù)測農(nóng)作物產(chǎn)量上的精度和穩(wěn)定性；

4)將土壤數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)集合起來構(gòu)建訓(xùn)練測試集；

5)通過上述訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得到地塊的產(chǎn)量預(yù)測值及方差；

6)通過投資組合方法和混合整數(shù)二次規(guī)劃方法，構(gòu)建基于組合優(yōu)化的多塊地糧食選種決策優(yōu)化模型：

多塊地糧食選種決策優(yōu)化模型的目標(biāo)是：使得所有地塊總的產(chǎn)量的方差最小，同時期望產(chǎn)量能夠大于或者等于去年的預(yù)期產(chǎn)量值；所述多塊地糧食選種決策優(yōu)化模型MVS表示為式(1)～(7)：

(MVS)min

s.t.

式(1)為目標(biāo)函數(shù)，表明優(yōu)化模型的目標(biāo)是使得所有地塊的整體產(chǎn)量風(fēng)險最小；式(2)的約束條件確保了預(yù)期產(chǎn)量要高于去年的產(chǎn)量；式(3)的約束條件表明至多只能選擇p個糧食品種；式(4)的約束條件定義了在每塊土地上，種子的使用量均為1；式(5)的約束條件定義種子使用量的區(qū)間，也即被選取種子的最小使用量為η；式(6)和式(7)的約束條件定義決策變量；其中，N為待選種子集，N＝{1,2,...,n}；K為地塊的集合，K＝{1,2,...,m}；為第k塊地上種植品種i和品種j產(chǎn)量的協(xié)方差；z_ik為品種i在地塊k上的使用比例；z_jk為品種j在地塊k上的使用比例；p_k為第k塊地的種植大豆的概率；Δ_k為第k塊地上農(nóng)民的風(fēng)險偏好，Δ_k∈[0,1]；n為帶選取種子的總數(shù)目；為第k塊地去年的估計產(chǎn)量；為所有地塊去年總的估計產(chǎn)量；為第k塊地上種植品種i的期望產(chǎn)量；v_i：v_i＝1表明品種i被選擇種植，v_i＝0表明品種i沒有被選擇種植；

7)采用分解式算法求解最優(yōu)選種比例，得到最優(yōu)品種及使用比例；具體包括如下步驟：

71)求解多塊地糧食選種決策優(yōu)化模型；得到地塊k可以確保收獲的最低產(chǎn)量

采用窮舉法來評估不同品種組合在每一塊土地上的表現(xiàn)：對于單塊地來講，決策集合為對于l∈T,定義S_l為一個可選取的品種組合；針對每塊地、每個品種組合構(gòu)建組合優(yōu)化模型MVS_lk，表示為式(8)～(14)：

(MVS_lk)min

s.t.

上述組合優(yōu)化模型MVS_lk中，在式(9)的約束條件中添加參數(shù)ρ_lk，ρ_lk∈[0,1]；定義η_k＝min_l∈T{ρ_lk}，對于每塊土地，用η_k來代替ρ_lk；由此得到確定有解的優(yōu)化模型表示為式(15)～(21):

s.t.

通過模型的求解，得到地塊k可以確保收獲的最低產(chǎn)量

72)根據(jù)地塊k確保收獲的最低產(chǎn)量求出所有地塊整體的保證產(chǎn)量為同時求出地塊k上種植品種組合S_l時產(chǎn)量的方差V_k，為式(22)：

73)設(shè)定一個最優(yōu)品種組合S_l*，能夠使得整體的產(chǎn)量方差最小，表示為式(23)：

74)對最優(yōu)品種組合在各塊土地上的表現(xiàn)進行分析，尋找最優(yōu)品種組合種植在地塊k上可能達到的最大產(chǎn)量，得到最終的最優(yōu)品種組合；方法包括：

構(gòu)建優(yōu)化模型表示為式(24)～(30)，以10％的比例逐步提高η_k的值，直到問題無解：

s.t.

將能夠保證有解的η_k的最大值定義為得到所有地塊在種植最優(yōu)品種組合時能夠保證的最大產(chǎn)量為

75)進一步得到考慮不同地塊農(nóng)民風(fēng)險偏好的決策優(yōu)化模型

考慮不同地塊上的農(nóng)民有風(fēng)險偏好Δ_k，定義考慮到不同地塊農(nóng)民風(fēng)險偏好的決策優(yōu)化模型表示為式(31)～(37)：

s.t.

對于品種i的最終使用比例表示為式(38)：

最終選擇的品種組合即為最優(yōu)品種組合由此實現(xiàn)基于組合優(yōu)化的多塊地選種決策優(yōu)化。