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优化算法.遗传算法

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关键还是通过基因(注意其是一个数组,不仅有长度还有值)间接搜索解空间(和适应度以及适应函数(这里是平方求和)一 一相关),每次筛掉一半不好的,同时借助交叉和变异生成新的(交叉就是对基因进行剪切和拼接而变异则是依概率对基因的位值进行改动,仿生学。。。)。。。

遗传算法实现代码 

import random

# 定义个体类,代表种群中的一个个体
class Individual:
    def __init__(self, genes):
        self.genes = genes  # 个体的基因序列
        self.fitness = self.calculate_fitness()  # 个体的适应度

    def calculate_fitness(self):
        # 计算适应度函数,这里以基因的平方和为例
        # 适应度函数应根据具体问题进行定义
        return sum(x ** 2 for x in self.genes)

# 初始化种群
def initialize_population(size, gene_length):
    # size: 种群的大小
    # gene_length: 个体基因序列的长度
    # 生成初始种群,每个个体由随机生成的基因序列组成
    return [Individual([random.randint(-10, 10) for _ in range(gene_length)]) for _ in range(size)]

# 选择过程
def selection(population, num_parents):
    # 根据适应度排序,选择适应度最高的个体作为父母
    # population: 当前种群
    # num_parents: 选择的父母数量
    sorted_population = sorted(population, key=lambda x: x.fitness, reverse=True)
    return sorted_population[:num_parents]

# 交叉过程
def crossover(parent1, parent2):
    # 单点交叉
    # parent1, parent2: 选择的两个父本个体
    # 随机选择交叉点,交换父本基因,生成两个子代
    point = random.randint(1, len(parent1.genes) - 1)
    child1_genes = parent1.genes[:point] + parent2.genes[point:]
    child2_genes = parent2.genes[:point] + parent1.genes[point:]
    return Individual(child1_genes), Individual(child2_genes)

# 变异过程
def mutation(individual, mutation_rate=0.01):
    # 对个体的基因序列进行随机变异
    # individual: 要变异的个体
    # mutation_rate: 变异概率
    for i in range(len(individual.genes)):
        if random.random() < mutation_rate:
            # 对每个基因位以一定的概率进行增减操作
            individual.genes[i] += random.randint(-1, 1)
    # 更新个体的适应度
    individual.fitness = individual.calculate_fitness()

# 遗传算法主函数
def genetic_algorithm(population_size, gene_length, num_generations):
    # population_size: 种群大小
    # gene_length: 基因长度
    # num_generations: 进化代数
    # 初始化种群
    population = initialize_population(population_size, gene_length)
    for _ in range(num_generations):
        # 选择
        parents = selection(population, population_size // 2)
        next_generation = []
        # 生成新一代
        while len(next_generation) < population_size:
            parent1, parent2 = random.sample(parents, 2)
            child1, child2 = crossover(parent1, parent2)
            mutation(child1)
            mutation(child2)
            next_generation.extend([child1, child2])
        population = next_generation
        # 每一代选出适应度最高的个体
        best_individual = max(population, key=lambda x: x.fitness)
        print(f"最优适应度: {best_individual.fitness}")
    return best_individual

# 运行算法
best = genetic_algorithm(100, 5, 50)
print(f"最优个体基因: {best.genes}")

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