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专利号: 2022100931385
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于禁忌搜索算法的周期性家庭医护人员调度方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、建立医患匹配和服务时间偏好约束模型;

S2、基于医患匹配和服务时间偏好约束模型,利用混合禁忌搜索算法HTS,得到周期性家庭医护人员调度方案;

所述步骤S2包括如下步骤:

S21、设置混合禁忌搜索算法的最大运行代数T和禁忌搜索过程最大代数maxT;

S22、基于医患匹配和服务时间偏好约束模型,构造周期性家庭医护人员调度的初始路径方案,将初始路径方案作为初始历史最优调度方案Pbest,令算法的当前代数t等于0;

S23、对当前路径方案进行maxT代的禁忌搜索,并更新当前路径方案和历史最优路径方案Pbest;

S24、对当前路径方案执行扰动机制,并将t加maxT作为当前代数t;

S25、判断当前代数t是否小于或者等于最大运行代数T,若是则返回步骤S23,否则进入步骤S26;

S26、将历史最优调度方案Pbest作为周期性家庭医护人员调度方案;

所述步骤S22包括如下子步骤:

S221、基于医患匹配和服务时间偏好约束模型,随机选择每位病人愿意接受服务的天数,确定决策周期内每天接受医护服务的病人集合Sd,定义决策周期内提供医护服务的医护人员集合K′={1,2,…,|K|};

S222、判断决策周期内每天服务的病人集合Sd是否为空集,若是则得到初始路径方案并进入步骤S23,否则进入步骤S223;

S223、随机选择集合K′中的医护人员k′,并将集合Sd中能被医护人员k′服务但未被调度的病人u放入集合A′;

S224、判断集合A′是否为空集,若是则移除提供服务的集合K′中的医护人员k′并返回步骤S222,否则进入步骤S225;

S225、判断集合A′中是否存在满足约束(11)‑(17)的病人i,若是则进入步骤S226,否则返回步骤S222;

S226、根据准则 和 插入病人u,并移除集合A′和周

期内每天服务的病人集合Sd中的病人u,且返回步骤S224;

所述准则 和 的表达式如下:

其中, 表示完备图的原始路径中插入病人前后的病人路径成本差,

表示完备图的原始路径中插入病人后的病人等待时间差,ciu表示病人i和病人u之间的路径成本,cuj表示病人u和病人j之间的路径成本,cij表示病人i和病人j之间的路径成本,wu表示插入病人u后医护人员等待服务时间,wj表示插入病人u前医护人员等待服务时间;

所述步骤S23包括如下步骤:

S231、初始化设置当前路径方案的禁忌搜索代数t′等于0;

S232、判断当前禁忌搜索代数t′是否小于等于预设最大代数maxT,若是则进入步骤S233,否则得到当前路径方案和历史最优路径方案Pbest;

S233、初始化设置单天调度的禁忌搜索代数t”等于0,并设置初始禁忌表为空集;

S234、判断单天调度的禁忌搜索代数t”是否小于等于预设的最大单天调度代数maxt,若是则进入步骤S235,否则进入步骤S238;

S235、通过单天线路优化的邻域算子获取所有单天路径方案中的候选路径方案,并得到最优候选路径方案,且根据产生最优候选路径方案的邻域算子对禁忌表更新;

S236、判断最优候选路径方案是否优于历史最优路径方案Pbest,若是则将最优候选路径方案作为当前路径方案和历史最优路径方案Pbest,否则将最优候选路径方案作为当前路径方案;

S237、将t”加1作为当前天的禁忌搜索代数t”,返回步骤S234;

S238、对病人接收服务的时间窗选择进行邻域变换,并通过邻域变换更新当前路径方案,并将t′加|D|·maxt作为当前路径的禁忌搜索代数t′,返回步骤S232。

2.根据权利要求1所述的基于禁忌搜索算法的周期性家庭医护人员调度方法,其特征在于,所述步骤S1中的医患匹配和服务时间偏好约束模型的表达式如下:其中,完备图G=(V,A),护理中心与病人的集合V={0,|N|+1}∪N,弧集合A={(i′,j′,k):i′∈V\{|N|+1},j′∈V\{0},k∈K,i′≠j′},i′表示完备图G中的点i′,j′表示完备图G中的点j′,ci′j′表示点i′和点j′间的路径成本,d表示决策周期内的第d天,D表示决策周期内对应的天数集合,k表示医护人员k,K表示提供服务的医护人员集合, 表示医护人员k在第d天从点i′服务到点j′的0‑1决策变量,w1表示病人时间窗偏好权重系数,i表示需要接受服务的病人i,N表示需要接受服务的病人集合N, 表示病人i在第d天被服务的0‑1辅助决策变量, 表示病人i对在第d天接受医护服务对应的间窗的偏好系数,w2表示医患匹配偏好权重系数,pik表示病人i对医护人员k医护服务的0‑1偏好系数, 表示医护人员k在第d天服务病人i的0‑1决策变量,s.t.表示满足如下约束,V\{0}表示除护理中心{0}以外的护理中心与病人的集合,fi表示病人i在决策周期内接受医护人员服务的固定频次, 表示病人i在第d天愿意接受医护服务的0‑1参数, 表示医护人员k在第d天被安排提供医护服务的0‑1辅助决策变量,M表示一个极大的正数,V\{|N|+1}表示除护理中心{|N|+1}以外的护理中心与病人的集合, 表示医护人员k在第d天服务的第一个病人是i的0‑1决策变量,a0表示护理中心开放时间窗起始时间,b0表示护理中心开放时间窗终止时间, 表示医护人员k在第d天服务完病人i后返回护理中心的0‑1决策变量, 表示医护人员k在第d天从护理中心出发的时间, 表示医护人员k在第d天返回护理中心的时间, 表示医护人员k在第d天到达病人i的时间, 表示病人i在第d天接服务时间窗的终止时间,表示医护人员k在第d天到达病人j的时间, 表示病人i在第d天接服务时间窗的起始时间,τi表示病人i接收医护服务的时长,ti′j′表示i′和点j′间的路径成本,T表示医护人员k每天提供医护服务的最大连续时长,qi表示病人i的对医护服务需求的技能级别,Qk表示医护人员k的提供医护服务的技能级别,E表示医护人员的最大允许技能偏差。

3.根据权利要求2所述的基于禁忌搜索算法的周期性家庭医护人员调度方法,其特征在于,所述步骤S235中对禁忌表的更新包括以下几种情况:第一种情况:针对某个邻域算子改进了当前路径方案,则更新当前路径方案,并将该邻域算子放入禁忌表中禁忌λ代;

第二种情况:针对某个候选路径方案优于历史最优路径方案Pbest,且其对应的邻域算子被禁忌时,对该邻域算子进行特赦;

第三种情况:针对所有候选路径方案的对应的邻域算子均被禁忌,对目标函数值最小的候选路径方案对应的邻域算子进行特赦。

4.根据权利要求3所述的基于禁忌搜索算法的周期性家庭医护人员调度方法,其特征在于,对禁忌表更新前,将候选解到当前解的邻域算子作为禁忌对象。

5.根据权利要求4所述的基于禁忌搜索算法的周期性家庭医护人员调度方法,其特征在于,所述邻域算子包括单天线路优化的邻域算子和病人时间窗选择的邻域算子;

所述单天线路优化的邻域算子包括:

病人重定位算子:随机选择一个病人并将其删除,然后重新插入另一条路径中;

病人交换算子:随机从两条路径中分别选择一个病人,交换位置;

子序列随机交换算子:随机选择两条路径,交换路径中的两条边;

医护人员的重安排算子:随机两条路径,交换路径中的医护人员;

所述病人时间窗选择的邻域算子:随机选择一个病人,将其从决策周期内某一天的调度中删除,并按准则 和 插入另一天的调度中。

6.根据权利要求5所述的基于禁忌搜索算法的周期性家庭医护人员调度方法,其特征在于,所述步骤S235中得到最优候选路径方案包括如下步骤:S2351、获取病人重定位算子、病人交换算子、子序列随机交换算子和医护人员的重安排算子对应的所有候选路径方案;

S2352、按照目标函数值的升序,对所有的候选路径方案进行排列;

S2353、将目标函数值最小的个体作为最优候选路径方案。

7.根据权利要求6所述的基于禁忌搜索算法的周期性家庭医护人员调度方法,其特征在于,所述步骤S24中对当前路径调度方案的执行扰动机制包括如下步骤:A1、初始化设置当前扰动代数shakeT等于0;

A2、判断扰动代数shakeT是否小于预设最大扰动代数maxshake,若是则进入步骤A3,否则进入步骤A7;

A3、随机选择一种邻域算子对当前路径方案进行一次邻域搜索,得到候选路径方案;

A4、判断候选路径方案对应的目标函数值是否小于当前路径方案对应的目标函数值,若是则进入步骤A5,否则进入步骤A6;

A5、将候选路径方案作为当前路径方案,并将扰动代数shakeT加1作为当前扰动代数shakeT,且返回步骤A2;

A6、基于目标接受概率模型,使当前路径方案接受候选路径方案,并将扰动代数shakeT加1作为当前扰动代数shakeT,且返回步骤A2;

A7、判断当前路径方案对应的目标函数值是否小于历史最优路径方案Pbest对应的目标函数值,若是则将当前路径方案作为历史最优路径方案Pbest;

A8、返回当前路径方案和历史最优路径方案Pbest;

所述目标接受概率模型的计算表达式如下:

其中,P表示目标接受概率,f(s′)表示候选路径方案的目标值,f(s)表示当前路径方案的目标值。