1.一种用于手术病例调度的多目标柔性元启发式优化方法,其特征在于,包括:
获取病人信息、手术资源信息以及病人手术阶段;
确定手术病例调度的相关约束,以最小化病人手术完成时间以及总的医疗成本为目标,基于所述约束条件构建问题模型;其中,所述问题模型将手术病例调度问题转化为柔性车间调度问题,将病人映射为工作,将手术资源映射为机器,将手术阶段映射为操作;
利用改进的多目标帝国竞争算法对所述问题模型进行优化求解,获得手术病例调度结果;
医疗总成本TMC主要由以下几个模块组成:手术过程的医疗费用SM、病人转换过程中的医疗费用SPM、病人准备过程中的医疗费用PPM;
SM可以通过确定患者占用的手术资源类型并乘以单位时间医疗成本和第k个手术资源上的Oi,j的处理时间来计算,如公式(1)所示:通过判断患者所占用的手术资源类型,并将转换过程的单位时间医疗成本乘以患者i从第k个手术资源到第k个手术资源的转换时间,可以计算出SPM,其表达式为公式(2);
PPM可以通过判断患者所占用的手术资源类型,将准备过程的单位时间医疗费用乘以第k个手术资源的准备时间Oi,j来计算,PPM可以用公式(3)来计算;
TMC由SM、SPM和PPM组成,因此,TMC可以用公式(4)来计算;
TMC=SM+SPM+PPM (4)根据问题描述,调度优化的目标是最小化完工时间和TMC,因此,基于序列的MILP模型公式如下:min Cmax(5)
min TMC=SM+SPM+PPM (6)
Subject to
Xk,i',j',i,j,Yi,j,k,k'≥0 (28)
第一个目标(5)是最小化完工时间,第二个目标(6)是最小化总医疗成本,约束(7)和(8)保证每个手术阶段被分配一种类型的手术资源来处理,对于每个手术阶段,都有一组可用的手术资源类型来处理;因此,定义约束(9)和(10)确保每个手术阶段占用的一类手术资源是从可用的手术资源类型中选择的;根据决策变量Yi,j,k,k',约束(11)和(12)保证Oi,j‑1由第k’个手术资源处理,Oi ,j由第k类手术资源处理;约束(13)‑(14)确保在前一阶段完成之前,患者不会进行下一阶段的手术;约束(15)和(22)强制每种类型的手术资源一次仅由一个手术阶段占用;约束(23)‑(28)强制变量为正;
手术病例调度中使用的符号如下:特定的手术阶段,每个手术阶段必须从可用的手术资源类型中选择至少一种类型的手术资源进行手术;考虑手术过程、手术准备和手术切换的时间和成本。
3.如权利要求1所述的一种用于手术病例调度的多目标柔性元启发式优化方法,其特征在于,所述利用改进的多目标帝国竞争算法对问题模型进行优化求解,具体包括:设置多目标帝国竞争算法求解柔性作业车间调度问题的相关参数;通过社会等级制度来初始化帝国,其中,每个帝国代表一组柔性作业车间动态调度问题的可行方案;生成帕累托前言并执行带有吸引和排斥概念的同化策略;对帝国注意国家进行更新,并通过执行革命策略产生新的解决方案;执行变邻域搜索策略,并消除没有任何殖民地的帝国;基于势力最大的帝国,输出最优的手术病例调度策略。
4.如权利要求3所述的一种用于手术病例调度的多目标柔性元启发式优化方法,其特征在于,所述执行带有吸引和排斥概念的同化策略,具体包括:计算帝国主义国家与殖民地之间的平均距离,若所述平均距离小于预设阈值,则执行变异操作,若大于所述预设阈值则执行交叉操作,若等于所述预设阈值,则执行同化策略。
5.如权利要求3所述的一种用于手术病例调度的多目标柔性元启发式优化方法,其特征在于,所述通过执行革命策略产生新的解决方案,具体包括:在革命过程中使用Change和Insert操作,所述Change操作通过随机替换SRA部分中的元素生成新的解决方案,所述Insert操作是在SSS部分中随机选择两个位置元素,将后面的位置元素插入到前面位置中,将前面的元素插入到最后一个位置,然后,后面位置之后的元素向前移动。
6.如权利要求3所述的一种用于手术病例调度的多目标柔性元启发式优化方法,其特征在于,所述消除没有任何殖民地的帝国,具体为:将仅存在一个帝国主义国家的帝国归属到存在多个帝国主义国家的帝国中,作为其殖民地。
7.一种用于手术病例调度的多目标柔性元启发式优化系统,其特征在于,包括:
数据获取单元,其用于获取病人信息、手术资源信息以及病人手术阶段;
模型构建单元,其用于确定手术病例调度的相关约束,以最小化病人手术完成时间以及总的医疗成本为目标,基于所述约束条件构建问题模型;其中,所述问题模型将手术病例调度问题转化为柔性车间调度问题,将病人映射为工作,将手术资源映射为机器,将手术阶段映射为操作;
优化求解单元,其用于利用改进的多目标帝国竞争算法对问题模型进行优化求解,获得手术病例调度结果;
医疗总成本TMC主要由以下几个模块组成:手术过程的医疗费用SM、病人转换过程中的医疗费用SPM、病人准备过程中的医疗费用PPM;
SM可以通过确定患者占用的手术资源类型并乘以单位时间医疗成本和第k个手术资源上的Oi,j的处理时间来计算,如公式(1)所示:通过判断患者所占用的手术资源类型,并将转换过程的单位时间医疗成本乘以患者i从第k个手术资源到第k个手术资源的转换时间,可以计算出SPM,其表达式为公式(2);
PPM可以通过判断患者所占用的手术资源类型,将准备过程的单位时间医疗费用乘以第k个手术资源的准备时间Oi,j来计算,PPM可以用公式(3)来计算;
TMC由SM、SPM和PPM组成,因此,TMC可以用公式(4)来计算;
TMC=SM+SPM+PPM (4)根据问题描述,调度优化的目标是最小化完工时间和TMC,因此,基于序列的MILP模型公式如下:min Cmax(5)
min TMC=SM+SPM+PPM (6)
Subject to
Xk,i',j',i,j,Yi,j,k,k'≥0 (28)
第一个目标(5)是最小化完工时间,第二个目标(6)是最小化总医疗成本,约束(7)和(8)保证每个手术阶段被分配一种类型的手术资源来处理,对于每个手术阶段,都有一组可用的手术资源类型来处理;因此,定义约束(9)和(10)确保每个手术阶段占用的一类手术资源是从可用的手术资源类型中选择的;根据决策变量Yi,j,k,k',约束(11)和(12)保证Oi,j‑1由第k’个手术资源处理,Oi ,j由第k类手术资源处理;约束(13)‑(14)确保在前一阶段完成之前,患者不会进行下一阶段的手术;约束(15)和(22)强制每种类型的手术资源一次仅由一个手术阶段占用;约束(23)‑(28)强制变量为正;
手术病例调度中使用的符号如下:
8.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1‑6任一项所述的一种用于手术病例调度的多目标柔性元启发式优化方法。
9.一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如权利要求1‑6任一项所述的一种用于手术病例调度的多目标柔性元启发式优化方法。