遗传算法程序思路
Begin
t=0 % 遗传代数
初始化P(t)
计算P(t)的适应值
while(不满足条件时)
begin
t=t+1
从P(t-1)中选择P(t) %选择
重组P(t) %交叉和变异
计算P(t)的适应值
end
遗传算法参数设计原则
在单纯的遗传算法中,并不是总是收敛的,即使在单峰或者单调也是如此。这是因为种群的进化能力消失种群早熟。为避免这种现象,参数设计一般遵循以下原则:
(1)种群规模
当群体规模太小时,很明显会出现近亲交配,产生病态基因,生存和竞争的较小。而且太小的种群使得进化不能按照模式定理产生所预测的期望数量。种群规模太大时,结果难以收敛,浪费计算资源,结果稳健性下降,所以规模建议40-100。
(2)变异概率
概率太小时,种群多样性下降太快,容易导致有效基因丢失;变异概率太大时,具有竞争力的基因被破坏的概率又会有所增大。所以一般选择位于0.001-0.2。
(3)交配概率
交配是新种群最重要的手段。交配概率一般选择0.4-0.99
(4)进化代数
迭代次数小,算法不容易收敛;迭代次数大,算法早早收敛,后续过程除了浪费时间没有任何意义。进化代数建议100-500。
(5)种群初始化
初始化种群完全是随机的。在初始化种群的赋予之前,尽量进行一个大概的区间估计,以免偏差太大,增加算法的计算负担。
虽然遗传算法在matlab里面有工具箱,但是工具箱并不是万能的,很多情况下需要具体问题具体对待。另外,过度依赖于工具箱会使得无益于我们理解算法。现在我们用遗传算法来解决一个求最大值的问题。
求解函数最大值:
遗传算法程序设计:
import numpy as np
import random
from math import *
bounds=[-2,2] #一维变量的取值范围
precision=0.0001 #运算精度
bounds_begin ,bounds_end = bounds[0] ,bounds[1]
#计算满足所需精度需要至少多少染色体
BitLength=ceil(log((bounds_end-bounds_begin)/precision ,2))
popsize=50 #初始种群大小
Generationmax=200 #最大代数
pcrossover=0.9 #交配概率
pmutation=0.09 #变异概率
#产生初始种群
population = np.rint(np.random.rand(popsize,BitLength))
def func(x):
"""
目标函数: y=200exp(-0.05x)*sin(x) x∈[-2,2]
参数:x 自变量
返回值:y 因变量
"""
y = 200*exp(-0.05*x)*sin(x)
return y
def fitnessfun(population):
"""
计算种群适应度和累计概率函数 fitnessfun()
参数:population 种群的染色体
返回值:[Fitvalue,cumsump] 适应度和累计概率
"""
popsize=population.shape[0]
Fitvalue=[]
for i in range(0,popsize):
x=0
for j in range(BitLength-1,-1,-1):
x += population[i,j]*2**j
xx=bounds_begin + x*(bounds_end-bounds_begin)/(2**BitLength-1)
y=func(x)+230 #保证适应度为正值
Fitvalue.append(y)
#计算选择概率
fsum=sum(Fitvalue)
Perpopulation=[item/fsum for item in Fitvalue]
#计算累计概率
cumsump=[Perpopulation[0]]
for i in range(1,popsize):
cumsump.append(cumsump[i-1]+Perpopulation[i])
return [Fitvalue,cumsump]
def IfCroIfMut(mutorcro):
"""
根据概率判断是否应该发生交叉或变异
轮盘赌算法
"""
test=np.zeros(100)
l=round(100*mutorcro)
for i in range(l):test[i]=1
n=random.randint(0,99)
return test[n]
def mutation(snew,pmutation):
"""
变异函数,使染色体发生变异
参数:snew,pmutation 种群染色体,变异概率
返回值:snnew 变异后的染色体
"""
BitLength=snew.shape[0]
snnew=snew
pmm=IfCroIfMut(pmutation)
if pmm:
chb=random.randint(0,BitLength-1)
snnew[chb]=1-snew[chb]
return snnew
def crossover(population,seln,pc):
"""
交叉函数,使得两个染色体进行交叉
参数:population,seln,pc 种群染色体,交叉个体,交叉概率
返回值:交叉后的染色体
"""
BitLength=population.shape[1]
pcc=IfCroIfMut(pc)
if pcc:
chb=random.randint(0,BitLength-1)
a=np.append(population[seln[0],0:chb],population[seln[1],chb:])
b=np.append(population[seln[1],0:chb],population[seln[0],chb:])
else:
a=population[seln[0],:]
b=population[seln[1],:]
a1=a.reshape(1,a.shape[0])
b1=b.reshape(1,b.shape[0])
return np.append(a1,b1,axis=0)
def Selection(population,cumsump):
"""
新种群选择操作
"""
i_,j_=np.random.rand(1,2)[0,0],np.random.rand(1,2)[0,1]
prand1=[item - i_ for item in cumsump]
prand2=[item - j_ for item in cumsump]
i,j = 0,0
while prand1[i]<0 : i = i+1
while prand2[j]<0 : j = j+1
return [i,j]
#计算适应度,返回适应度Fitvalue和累计概率cumsump
[Fitvalue , cumsump] = fitnessfun(population)
Generation=1
ymax=[]
xmax=[]
ymean=[]
scnew=np.empty(shape=[0,16])
while Generation < Generationmax + 1:
scnew=[]
flag=1
for j in range(0,popsize,2):
#选择操作
seln=Selection(population,cumsump)
#交叉操作
scro=crossover(population,seln,pcrossover)
a=mutation(scro[0,:],pmutation)
b=mutation(scro[1,:],pmutation)
a1=a.reshape(1,a.shape[0])
b1=b.reshape(1,b.shape[0])
if flag == 1:
flag -=1
scnew=np.append(a1,b1,axis=0)
else:
scnew=np.append(scnew,a1,axis=0)
scnew=np.append(scnew,b1,axis=0)
population=scnew #产生了新的种群
[Fitvalue,cumsup]=fitnessfun(population)
fmax,index=np.max(Fitvalue),np.argmax(Fitvalue)
fmean=np.mean(Fitvalue)
ymax.append(fmax)
ymean.append(fmean)
x=0
for j in range(BitLength-1,-1,-1):
x += population[index,j]*2**j
xx=bounds_begin + x*(bounds_end-bounds_begin)/(2**BitLength-1)
xmax.append(xx)
Generation += 1
print(func(xx))
以上就是今天的全部内容了,如果你喜欢的话,点个在看吧,你的支持是我最大的动力