遗传算法在函数优化问题中的应用研究

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遗传算法在复杂网络优化问题中的应用

遗传算法在复杂网络优化问题中的应用

遗传算法在复杂网络优化问题中的应用随着数字化时代的到来,人们对信息技术的需求不断增长。

复杂网络作为一种重要的信息传输工具,在社交媒体、电子商务和智能交通等领域中得到了广泛的应用。

然而,由于网络节点众多、连接关系复杂,复杂网络的优化问题变得格外困难。

为了解决这一问题,研究者们开始将遗传算法引入到复杂网络的优化中。

本文将探讨遗传算法在复杂网络优化问题中的应用。

一、遗传算法的基本原理遗传算法是模拟达尔文进化理论的一种优化算法。

它通过模拟自然界的演化过程,逐步搜索最优解。

遗传算法主要由遗传编码、适应度评价、选择、交叉和变异五个操作组成。

1. 遗传编码在遗传算法中,问题的解被编码为染色体(Chromosome)。

染色体是由一系列基因(Gene)组成的。

基因通常采用二进制编码,但也可以使用其他编码方式。

2. 适应度评价适应度评价是根据目标函数对染色体进行评估,以确定其性能和适应度。

适应度值越高,表示染色体越适应问题。

3. 选择选择阶段根据染色体的适应度值,选择优质的染色体作为下一代的父代。

常用的选择方法有轮盘赌选择、锦标赛选择等。

4. 交叉交叉操作是为了产生新的染色体,通过两个父代染色体的基因交换以产生子代。

交叉的方式有单点交叉、多点交叉等。

5. 变异变异操作是为了增加算法的随机性,通过改变染色体中的基因值,引入新的解决方案。

变异操作可以防止算法陷入局部最优解。

二、遗传算法在复杂网络优化问题中的应用1. 网络布局优化网络布局是指在给定的条件下,将网络节点以最佳方式布置在平面或空间中的问题。

在复杂网络中,节点之间的距离、连接强度等都会影响网络的性能。

通过遗传算法优化网络布局,可以使得网络的传输效率更高、抗干扰能力更强。

2. 路由优化在复杂网络中,路由优化是指确定信息从源节点到目标节点的最佳路径。

遗传算法可以通过遍历不同的路径组合,选择最优的路径来解决复杂网络中的路由问题。

这种方法相比传统的路由算法更具鲁棒性和可扩展性。

遗传算法与多目标优化问题解决研究

遗传算法与多目标优化问题解决研究

遗传算法与多目标优化问题解决研究遗传算法是一种基于自然选择与进化论的分布式算法,它通过模拟生物进化的过程来搜索最优解。

在实际问题中,我们常常面临着多个目标函数的优化问题。

多目标优化问题需要同时考虑多个目标函数,并且需要在一个从所有可行解构成的空间中找到一组解,使得所有目标函数都能够达到最优。

遗传算法是一种常用的解决多目标优化问题的方法。

在遗传算法中,一个解被视为一个个体,并以染色体的形式进行表示。

染色体(或称为个体)的基因组成表达了问题的解空间。

每个基因可以看做是染色体上的一个位置,每个位置可以取不同的值。

一个个体可以看做是解决问题的一组可能解,也就是一个解空间中的一点。

在遗传算法的运算过程中,个体会根据基因序列的适应度(或称为“适应值”)进行选择、交叉和变异等操作,使得新的个体能够更好地适应问题的要求。

适应度是根据目标函数来计算的,即一个个体的适应度测量了它相对于问题域中其他个体的优越性。

在多目标优化问题中,我们需要通过多个目标函数来评价一个个体的适应度。

这就涉及到如何度量一个个体相对于其他个体的优越性。

为了解决这个问题,我们常常会采用多目标函数的贡献度来计算每个目标函数的影响。

多目标遗传算法(MOGA)是一种常见的遗传算法变种,它可以处理多个目标函数之间的相互关系,并且能够找到最优解的一个近似解集。

MOGA算法中,我们通常会采用帕累托前沿(Pareto-frontier)的概念来描述优化结果。

帕累托前沿是一个由所有非劣解所组成的集合,并且没有比这个集合更优的解。

也就是说,帕累托前沿是一个极值点的集合,我们可以在这个集合中找到所有的极优解。

MOGA算法的流程主要包括初始化、进化和选择三个环节。

首先,我们需要随机生成一组初始种群,并对每个个体进行评价。

然后,在进化过程中,我们通过交叉和变异等遗传算子,对种群进行进化。

在每代进化结束后,我们要通过选择操作来筛选出下一代的种群。

与单目标优化问题相比,多目标优化问题的解决方法更加复杂。

MATLAB遗传算法工具箱在函数优化中的应用

MATLAB遗传算法工具箱在函数优化中的应用

[x, fval] = ga(fun, 1,,,,,,,, options);
%输出结果
disp(['x = ', num2str(x)]);
disp(['f(x) = ', num2str(fval)]);
在上述代码中,我们首先定义了目标函数,然后设置了遗传算法的参数,包 括种群规模、最大迭代次数、交叉概率和变异概率。接下来,我们使用 optimoptions函数初始化遗传算法,并传入目标函数和参数设置。最后,我们使 用ga函数求解最小值点,并输出结果。
在使用遗传算法工具箱进行函数优化时,需要注意以下问题:
1、适应度函数的设计:适应度函数是评价个体优劣程度的指标,必须合理 设计以满足优化问题的需求。
2、种群规模和迭代次数的设定:种群规模和迭代次数是影响遗传算法性能 的关键参数,需要根据问题规模和复杂度进行合理设定。
3、交叉和变异操作的控制:交叉和变异操作是遗传算法的核心操作,需要 合理控制以保持算法的搜索能力和避免陷入局部最优解。
在定义了目标函数和约束条件之后,我们可以使用Matlab提供的ga函数来运 行遗传算法。ga函数将根据指定的目标函数和约束条件,使用遗传算法搜索最优 解。在运行过程中,我们可以使用Matlab提供的动画功能来实时查看遗传算法的 迭代过程。
除了使用Matlab遗传算法优化工具箱来解决常规的优化问题外,还可以将其 应用于其他领域。例如,在机器学习领域中,可以使用遗传算法来优化神经网络 的连接权值和结构;在控制系统领域中,可以使用遗传算法优化控制系统的参数 和结构;在图像处理领域中,可以使用遗传算法优化图像处理的算法和参数等。
通过本次演示的介绍,希望能使读者更好地理解和应用遗传算法工具箱解决 实际优化问题。

遗传算法实验报告

遗传算法实验报告

遗传算法实验报告遗传算法实验报告引言:遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法,通过模拟自然选择、遗传变异和交叉等操作,逐步优化问题的解。

本实验旨在探究遗传算法在解决优化问题中的应用,并通过实验验证其效果。

一、实验背景遗传算法最早由美国科学家约翰·霍兰德于20世纪60年代提出,其灵感来源于达尔文的进化论。

遗传算法通过基因编码、适应度评估、选择、交叉和变异等操作,模拟了进化过程中的遗传和变异,从而找到问题的最优解。

二、实验目的本实验旨在通过遗传算法解决一个经典的优化问题,验证其在解决实际问题中的有效性。

同时,对遗传算法的参数设置和操作过程进行调整和优化,以提高算法的性能。

三、实验步骤1. 问题定义:选择一个经典的优化问题,例如旅行商问题(TSP)或背包问题。

2. 解空间建模:将问题的解表示为染色体,设计基因编码方式。

3. 适应度函数定义:根据问题的特点,设计一个能够评估染色体解的适应度函数。

4. 初始化种群:随机生成一组初始染色体,作为种群。

5. 选择操作:根据适应度函数,选择一部分较优秀的染色体作为父代。

6. 交叉操作:通过交叉操作,生成新的子代染色体。

7. 变异操作:对子代染色体进行变异操作,引入新的基因变异。

8. 适应度评估:计算新的子代染色体的适应度。

9. 父代替换:根据适应度函数,选择一部分较优秀的子代染色体替换掉父代染色体。

10. 终止条件判断:判断是否满足终止条件,若满足则结束算法,否则返回步骤5。

11. 输出结果:输出最优解及其适应度值。

四、实验结果与分析通过实验,我们得到了一组优化问题的最优解,并计算出其适应度值。

通过观察实验结果,我们可以发现遗传算法在解决优化问题中的有效性。

同时,我们还可以通过调整遗传算法的参数和操作过程,进一步提高算法的性能。

五、实验总结通过本次实验,我们深入了解了遗传算法的原理和应用。

遗传算法作为一种优化算法,具有较强的适应性和鲁棒性,在解决实际问题中具有广泛的应用前景。

遗传算法在组合优化问题中的应用

遗传算法在组合优化问题中的应用
算子(杂交算子、变异算子) 5、遗传算法的参数值(种群规模、代数、杂交概率、
变异概率)
遗传算法在组合优化问题中的应用
二 遗传算法在组合优化问题中的应用
组合优化的特点是可行解的数量有限。虽然从理论上 讲这种有限问题可以通过简单枚举找到最优解,然而在实 际情况中通常无法实现。特别是当问题的规模很大,可行 解的数量非常多时更是如此。组合优化问题的本质可以归 纳为下列类型之一: 确定与问题相关的某些项的排列 确定某些项的组合 确定某项项的排列和组合 任何带有约束的上述类型
的箱子数量最少。通常,所有的箱子具有相同的重量限制,装箱问题
的数学表示如下:
n
min z( y) yi i 1
n
s.t. wj xij cyi ,i N 1, 2,L , n j 1
n
xij 1, j N
i 1
yi 0 或 1, i N
xij 0 或 1, i, j N
遗传算法在组合优化问题中的应用
二 遗传算法在组合优化问题中的应用
3、背包问题
问题描述:假设我们需要从许多物品(通常称作项目)中选择一
些来填充一个背包。存在n个不同的项目可以使用,每个项目j具有重
量 w j 和费用 c j 。背包可以承重的上限是W。问题是如何寻找项目的
最优子集从而在满足背包承重约束的基础上最大化总费用。设 x j 为二
互排斥的若干类,每类中有若干不同的项目,问题就是从每类中选择
一个项目使得项目总重量在满足背包承重约束的前提之下最小化费用。
数学描述如下:
m ni
min
cij xij
i1 j1
m ni
s.t.
wij xij W
i1 j1
ni

遗传算法在优化问题中的应用方法与解空间分析

遗传算法在优化问题中的应用方法与解空间分析

遗传算法在优化问题中的应用方法与解空间分析摘要:遗传算法是一种经典的优化算法,通过模拟生物进化的过程,以一种自然的方式来解决复杂的优化问题。

本文将介绍遗传算法的基本原理和流程,并分析其在优化问题中的应用方法。

同时,对遗传算法的解空间进行分析,探讨其在搜索过程中可能遇到的问题及解决方法。

1. 引言优化问题是在给定的约束条件下,寻找使目标函数达到最值的变量组合或参数设定的过程。

遗传算法作为一种全局优化算法,能够寻找到大局最优解,已被广泛应用于许多领域。

2. 遗传算法的基本原理遗传算法模拟了生物进化的过程,通过选择、交叉、变异等操作,逐步改进种群中个体的适应度,从而找到最优解。

其基本原理包括:个体表示、适应度评估、选择、交叉、变异等。

3. 遗传算法的流程遗传算法的流程可分为初始化、评估、选择、交叉、变异和终止等步骤。

其中,初始化阶段通过随机生成初始种群,评估阶段计算每个个体的适应度值,选择阶段根据适应度值选择优秀个体,交叉阶段将选择的个体进行交叉生成新个体,变异阶段对新个体进行变异操作,终止阶段通过判断达到终止条件来结束算法。

4. 遗传算法在优化问题中的应用方法4.1. 参数优化遗传算法常用于对参数进行优化,如机器学习中的参数调节、神经网络中的权重优化等。

通过遗传算法的迭代搜索过程,找到最适合模型的参数组合,从而提高模型的性能。

4.2. 排队问题排队问题是一类典型的优化问题,如车辆调度、任务分配等。

遗传算法可以将问题抽象为个体的染色体表示,通过适应度评估和选择操作,找到最优的个体组合,从而优化排队效果。

4.3. 组合优化问题组合优化问题是一种NP难问题,如旅行商问题、背包问题等。

遗传算法通过对解空间进行搜索,避免陷入局部最优解,找到全局最优解。

5. 解空间分析解空间是指问题的解所构成的空间,是遗传算法搜索的目标。

解空间的特点包括:维度、约束、连续性和离散性。

其中,维度表示解空间的维度数量;约束指的是问题中的各种限制条件;连续性表示解空间中的解是否连续;离散性则表示解空间中的解是否离散。

遗传算法在多目标优化问题中的应用研究

遗传算法在多目标优化问题中的应用研究

遗传算法在多目标优化问题中的应用研究一、引言多目标优化问题是计算机科学、数学、工程学等领域中的一个重要问题,它从多个目标函数的角度优化系统的性能。

由于多个目标函数之间往往存在着矛盾性,因此要在使各个目标函数达到最好的状态之间进行权衡和平衡,设计出一种优化算法并且有效地解决这个问题实在是非常困难的事情。

而在这个过程中,遗传算法不仅可以对多个目标函数的评估进行快速高效的计算,还可以实现在多个市场环境中进行搜索和优化,因此在多目标优化问题中的应用显得尤为重要。

本文主要探讨遗传算法在多目标优化问题中的应用研究,分别从遗传算法的基本原理、多目标优化问题的背景和遗传算法在多目标优化问题中的应用三个方面进行详细的阐述。

二、遗传算法的基本原理遗传算法是一种在进化计算中广泛被运用的算法,其主要思想是通过对一组染色体进行操作,实现对群体的进化和优化。

遗传算法从生物学中借鉴了许多理念,例如基因、染色体、遗传交叉、变异等,将这些基础理论运用在计算机领域中,最终实现优化和搜索的目的。

遗传算法的基本流程主要包括个体编码、适应度函数的设计、遗传运算和选择策略四个步骤。

1. 个体编码个体编码是将问题转化为适应于计算机操作的形式。

在遗传算法中,通常将问题转换为一组二进制码,称为“染色体”。

将染色体的编码与问题的目标紧密相关,才能更好地解决问题。

例如,如果我们想要优化的目标是一组系数,那么可以使用染色体的二进制编码。

2. 适应度函数的设计适应度函数在遗传算法中非常重要,它的主要作用是给每个染色体赋予一个适应值,以此反映出染色体适应问题的好坏程度。

适应度函数的构建是多目标优化问题的一个重要环节。

通过适当地设计适应度函数,可以使遗传算法更加有效地搜索解空间,在优化问题时取得良好的效果。

3. 遗传运算遗传运算是遗传算法的关键环节之一,它模拟了生物界中的遗传交叉和变异运动。

其中交叉运算通过对个体基因的交换实现群体结构的发展,并通过变异运算实现基因的多样性和新生代的产生。

遗传算法及其在优化问题求解中的应用

遗传算法及其在优化问题求解中的应用

遗传算法及其在优化问题求解中的应用概述遗传算法是一种模拟大自然进化过程中的遗传机制和自然选择原理的计算模型。

它通过模拟遗传、交配、变异和适应度选择等过程,以求解各种优化问题,如旅行商问题、背包问题等。

遗传算法已经广泛应用于工程、经济和科学领域,并取得了非常好的效果。

遗传算法的基本原理遗传算法的基本原理是通过模拟进化过程找到最优解。

其具体步骤包括初始化种群、计算适应度、选择、交叉、变异等。

首先,将问题的可能解表示为基因编码的形式,并通过初始化生成一个初始种群。

然后,通过计算每个个体的适应度来评价解的优劣。

适应度越高的个体在选择过程中被选中的概率越大。

接下来,选中的个体进行交叉和变异操作,以产生下一代种群。

重复这个过程直到满足停止条件,即找到了最优解或达到了预定的迭代次数。

遗传算法的优点遗传算法相对于其他优化算法具有以下优点:1. 适应性强:遗传算法通过适应度函数来评价解的优劣,可以灵活地适应于不同问题的求解。

2. 并行性高:遗传算法具有良好的并行性,可以减少求解时间。

3. 全局优化能力强:遗传算法具有全局搜索能力,能够找到全局最优解或接近最优解。

4. 对问题的约束条件不敏感:遗传算法在求解约束优化问题时,不需要对约束条件进行特别处理,而是通过编码方式进行隐式处理。

遗传算法在优化问题求解中的应用1. 旅行商问题 (Traveling Salesman Problem, TSP):旅行商问题是指为了访问多个城市而寻找最短路径的问题。

遗传算法可以通过对路径进行编码,然后利用选择、交叉和变异等操作,找到一条最短的路径。

遗传算法在解决TSP上的效果优于其他传统算法。

2. 背包问题 (Knapsack Problem):背包问题是求解如何组合给定重量和价值的物品,使得背包的总价值最大。

在背包问题中,遗传算法可以通过编码每个物品的选择与不选择来进行求解。

通过适应度函数的评价和交叉、变异操作的应用,可以找到最优的物品组合方式。

基于遗传算法的最优化问题求解研究

基于遗传算法的最优化问题求解研究

基于遗传算法的最优化问题求解研究随着计算机技术的不断发展和应用领域的不断拓展,最优化问题求解一直是一个备受关注和研究的领域。

在实际应用中,最优化问题求解可以帮助我们提高资源利用率、优化生产流程、提升经济效益等等。

而遗传算法作为一种强大的优化算法,在最优化问题求解中得到了广泛的应用。

一、遗传算法的基本原理和流程在介绍基于遗传算法的最优化问题求解前,我们需要先了解一下遗传算法的基本原理和流程。

遗传算法是一种模拟自然选择和自然遗传机制进行优化的算法。

其基本流程如下:1. 初始化种群:随机生成一定数量的初始个体,使用随机数生成器产生一组随机数来设置初始基因型。

2. 个体评价:将每个个体的基因型转换成表现型,并通过评价函数获得每个个体的适应度值。

3. 选择操作:根据适应度值选择优秀的个体,并对其进行遗传操作,如交叉、变异等。

4. 交叉操作:按一定的概率对被选择的个体进行交叉操作,将其基因片段互换。

5. 变异操作:按一定的概率对交叉后的个体进行变异操作,将其基因中的某些位点进行改变。

6. 新种群生成:经过一定数量的选择、交叉和变异操作后,产生新的一代种群。

7. 结束判断:对新种群的适应度进行评价,判断是否满足结束条件。

如果不满足,则回到第三步,继续进行选择、交叉和变异操作。

二、最优化问题求解的应用基于遗传算法的最优化问题求解可以应用于众多领域,如工程优化设计、金融投资决策、物流优化、人工智能等等。

工程优化设计方面,可以通过遗传算法对设计参数进行搜索和优化,降低成本并提高生产效率。

比如在某个水力发电站的设计中,可以使用遗传算法对机组的优化性能进行设计,提高电能利用率,降低发电成本。

金融投资决策方面,可以利用遗传算法对投资组合进行优化,并选择合适的投资策略。

在股票投资中,可以利用遗传算法对市场行情进行预测和分析,帮助投资者制定正确的投资策略。

物流优化方面,可以通过遗传算法对运输路径进行优化调整,减少成本,并提高运输效率。

遗传算法在组合优化问题中的应用

遗传算法在组合优化问题中的应用

遗传算法在组合优化问题中的应用随着计算机科学和人工智能的发展,遗传算法作为一种优化算法逐渐受到人们的关注。

遗传算法模拟了生物进化的过程,通过模拟自然选择和遗传机制来解决问题。

在组合优化问题中,遗传算法能够有效地搜索最优解,具有广泛的应用前景。

组合优化问题是指在给定的一组元素中,通过组合或排列来寻找最优解的问题。

例如,旅行商问题(TSP)是其中的一种经典问题,目标是找到一条最短路径,使得旅行商能够经过每个城市一次并返回起点。

这类问题的解空间通常非常庞大,传统的搜索方法往往效率低下。

而遗传算法通过模拟生物进化的过程,能够快速有效地搜索到较优解。

遗传算法的基本思想是通过模拟自然界的进化过程,利用选择、交叉和变异等操作来搜索解空间。

首先,通过随机生成一组初始解作为种群,每个解对应一个个体。

然后,根据问题的目标函数对个体进行评估,评估函数通常是根据问题的特性而定。

接下来,根据个体的适应度(即目标函数值)进行选择操作,较优的个体有更大的概率被选择。

选择完成后,通过交叉和变异操作产生新的个体,以引入新的基因组合。

最后,根据一定的停止准则(如达到最大迭代次数或找到满意解等),算法停止并输出最优解。

遗传算法在组合优化问题中的应用非常广泛。

除了旅行商问题,还包括背包问题、任务调度问题、图着色问题等。

以背包问题为例,背包问题是指在给定的一组物品中,选择一些物品放入背包中,使得物品的总价值最大,但总重量不超过背包的承重限制。

遗传算法通过不断地选择、交叉和变异操作,能够搜索到较优的解。

通过合适的编码方式和适应度函数设计,遗传算法能够高效地解决背包问题。

遗传算法的优点在于能够在大规模的搜索空间中找到较优解,并且具有较好的鲁棒性。

遗传算法通过不断地迭代和优化,能够逐步逼近最优解。

同时,遗传算法能够处理多目标优化问题,通过适当的调整参数和设计适应度函数,可以同时优化多个目标。

此外,遗传算法的并行计算能力也使得它在大规模问题中具有优势。

遗传算法在求解函数优化问题中的应用研究

遗传算法在求解函数优化问题中的应用研究

《 装备制造技术)0 1 ) 1 年第 6 2 期
的“ 函数” 优化 , 这里所指的函数 , 主要是强调 函数的 数学特征 , 函数的连续性 、 如 凹凸性 、 多峰性 、 多维性 等。通常 , 标 函数优化问题可以描述为以下步骤 : 目 () 1 步骤 1 ——确定需要赋值 的自变量 五。在 函 数优化 问题里 , 我们称这些变量为设计变量 。 可能会
图 2 最 大 值 随计 算 计算循环次数 的增加 , 其
结 果 慢慢 的逼 近 最 大值 ,但 是 当达 到一 定 的 程度 之
() 3 步骤 3 ——确定作用 于 自( 设计) 变量上 的限 后 ,计算 的结果就会在最大值 附近波动 。本算例可 当循环次数达 到 10次时 , 5 结果已经非常接近最 制条件 即约束条件 ,把它们写成等式或不等式 的形 知 , 大值 , 当计算循环 次数再继续增大时, 那么结果只能 式。从而可得到 目标 函数为
E up n Ma ua tn e h oo yNo6,01 q ime t n fcr gT c n lg . 2 i 1
遗传 算法在 求解 函数优化 问题 中的应 用研 究
郑 美 茹
( 陕西铁路工程职业技术学院 机电工程系 , 陕西 渭南 74 0 100)
摘 要 : 绍 了遗 传算法是 一种借 鉴生物界 自然选择和优化机制发展起 来的高度 并行 、 介 随机 、 自适应搜 索算 法。 阐述 了
有 n个 这 样 的 变量 , 常 用 通
这些 变 量 ;
, , , 来 表 示 。 … ‰
0 5 1 0 1 0 2 0 2 0 3 0 3 0 4 0 4 05 o 0 0 5 0 5 0 5 0 5 o
计算循环次数 , v

毕业论文-遗传算法在函数优化中的应用

毕业论文-遗传算法在函数优化中的应用

遗传算法在函数优化中的应用目录1.绪论 (2)概述 (2)遗传算法的发展历史与研究进展 (4)2.遗传算法流程与应用举例 (6)遗传算法中各重要因素分析 (6)2.2重要参数设置 (8)简单的遗传算法运算示例 (8)3.遗传算法在函数优化应用中的性能研究 (12)遗传算法在实际应用中的性能影响因素 (12)函数优化问题的描述 (14)求解函数优化问题的最优交叉、变异率组合的研究 (16)一种求解函数优化问题的自适应遗传算法 (19)小结 (21)结束语 (21)参考文献 (22)致谢 (23)1.绪论遗传算法(genetic algorithms简称GA)由美国密歇根大学的John H.Holland教授等创立的一类仿生型的优化算法。

它是以达尔文的生物进化论和孟德尔的遗传变异理论为基础、模拟生物进化过程、自适应启发式全局优化的搜索算法。

由于遗传算法无需过多地考虑问题的动力学信息,如连续、可微等,该算法结构简单,并且具有全局搜索能力、信息处理的隐并行性、鲁棒性和可规模化等优点,它在思路上突破原有的最优化方法的框架,尤其适用于处理传统搜索方法难以解决的复杂和非线性问题,现己被广泛用于组合优化、机器学习、自适应控制、规划设计和人工生命等领域,并且在经济和决策方面也有很好的应用,是21世纪有关智能计算中的关键技术之一。

遗传算法的处理对象不是参数本身,而是对参数进行了编码的个体,因此不仅可以对传统的目标函数优化求解,而且可以处理诸如矩阵、树和图等结构形式的对象,用适应度函数同时对搜索空间的多个解进行评估,它将每个可能的问题表示为“染色体”,然后按遗传学规律进行选择、交叉和变异操作,直到满足终止条件为止。

隐含并行性和全局搜索性是遗传算法的两大特点,前者可使遗传算法只需检测少量的结构就能反映搜索空间的大量区域,后者则使遗传算法具有良好的稳健性。

在遗传算法的诸多应用中,函数优化是最显而易见的应用,也是经典的应用。

组合优化问题中的遗传算法及其应用

组合优化问题中的遗传算法及其应用

组合优化问题中的遗传算法及其应用在计算机科学和运筹学领域,组合优化问题是一类求解离散变量最优解的问题,这类问题被广泛地应用于网络设计、物流和车辆调度等领域。

遗传算法是一种基于自然进化的计算模型,可以被运用于解决组合优化问题。

本文将介绍遗传算法原理,并讨论其在组合优化问题中的应用。

一、遗传算法原理遗传算法是一种搜索算法,灵感来自自然进化。

搜索过程中,种群中的个体被看做是种群的“基因”,遗传算法通过模拟生物进化的过程,实现优秀个体的选择、交叉和变异,逐步靠近最优解。

遗传算法的基本流程如下:(1)初始化:随机生成一群初始个体;(2)适应度函数:计算每个个体的适应度,适应度函数可以是问题本身的目标函数或者其他指标;(3)选择:根据适应度函数,选择优秀的个体并产生下一代种群;(4)交叉:选中两个个体,从中随机选取一个交叉点,分别交换交叉点两侧的基因;(5)变异:在交叉之后,以一定的概率对每个基因进行变异;(6)重复执行(2)-(5),直到达到停止条件。

二、遗传算法在组合优化问题中的应用1. 背包问题背包问题是一个 NP 问题,可以用遗传算法来求解。

该问题是在限制条件下选择物品,使得所选物品的总体积/重量/价值最大/最小。

遗传算法可以通过选择、交叉、变异的方法寻找最优解,同时也可以解决约束条件和连续性问题。

2. 工厂调度问题工厂调度问题是生产管理中的一个重要问题,也被称为 Job Shop Scheduling Problem,它的目标是安排一组机器和任务,使得任务在规定时间内完成,并且最小化完成时间或者最大化生产效率。

该问题难以找到精确的最优解,但是遗传算法可以通过多轮迭代来逐步优化。

3. 硬币找零问题硬币找零问题是指当一个顾客购买一个商品,付钱,而收银员需要找回适当的零钱时,计算最少的硬币数量。

这个问题可以用遗传算法解决,种群的每个个体代表一个硬币组合,表达的是钱数和硬币的数量。

4. 旅行商问题旅行商问题是求解一定数量的城市之间最短路径的问题。

遗传算法解决函数优化问题

遗传算法解决函数优化问题

遗传算法解决函数优化问题实验⼀遗传算法解决函数优化问题XXXXXXXXXX⼀、实验⽬的1.掌握遗传算法的基本原理和步骤。

2.复习VB 、VC 的基本概念、基本语法和编程⽅法,并熟练使⽤VB 或VC 编写遗传算法程序。

⼆、实验设备微机三、实验原理遗传算法是⼀类随机优化算法,但它不是简单的随机⽐较搜索,⽽是通过对染⾊体的评价和对染⾊体中基因的作⽤,有效地利⽤已有信息来指导搜索有希望改善优化质量的状态。

标准遗传算法流程图如图1.1所⽰,主要步骤可描述如下:①随机产⽣⼀组初始个体构成初始种群。

②计算每⼀个体的适配值(fitness value ,也称为适应度)。

适应度值是对染⾊体(个体)进⾏评价的⼀种指标,是GA 进⾏优化所⽤的主要信息,它与个体的⽬标值存在⼀种对应关系。

③判断算法收敛准则是否满⾜,若满⾜,则输出搜索结果;否则执⾏以下步骤。

④根据适应度值⼤⼩以⼀定⽅式执⾏复制操作(也称为选择操作)。

⑤按交叉概率p c 执⾏交叉操作。

⑥按变异概率p m 执⾏变异操作。

⑦返回步骤②。

四、实验内容及步骤1.上机编写程序,解决以下函数优化问题:()221min 10i i i f x x =??=≤∑X2.调试程序。

3.根据实验结果,撰写实验报告。

图1.1 标准遗传算法流程图五、实验程序% % 清⼯作空间workspace,清屏幕显⽰% clear all; clc;%% tic; % 启动计时器%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 参数赋值PopSize =30; % 种群规模Pc =0.65; % 交叉概率Pm =0.01; % 变异概率precision =22; % 根据精度要求,⼆进制字符串长度为22 iterative_thre =20; % 若连续iterative_thre次解⽆改进,则退出遗传算法%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 初始化变量fitness = zeros(PopSize,1); % 存放所有染⾊体的适应度值SelectRate = zeros(PopSize,1); % 存放染⾊体的选择概率AccumulateRate = zeros(PopSize,1); % 存放染⾊体的累积概率num =0; % 结束遗传算法控制量bestfitness = 0; % 存放进化过程中最优的适应度值bestX =0; % 存放进化过程中最优解population = dec2bin(rand(PopSize,1)*(2^precision));% 产⽣初始群体,共PopSize个[0,2^precision]之间的⼗进制随机数,并将⼗进制数转换为⼆进制数newPop = population; % newPop存放新染⾊体的编码% 利⽤遗传算法求解最优解while num <= iterative_thretempX =bin2dec(population); % 将⼆进制串代表的⼆进制数转化为⼗进制数x’X = -1+tempX*3/(2^precision-1);% 按⽐例关系,将x'转化为区间[-1,2]内的实数x fitness = X.*sin(10*pi.*X)+2; % 计算适应度[thisbestfit,id] = max(fitness); % 找到当前最优适应度值thisbestX = X(id); % 找到与当前最优适应度值相对应的当前最优解if thisbestfit > bestfitness % 判断当前最优适应度值是否⽐上次进化结束后得到的最优适应度值要好bestX = thisbestX; % 修正最优解bestfitness =thisbestfit; % 修正最优适应度值num =0; % 清除算法结束控制量elsenum = num+1; % 算法结束控制量加1endSumFitness = sum(fitness); %计算适应度值总和SelectRate = fitness/SumFitness; %计算各个染⾊体的选择概率AccumulateRate(1)=SelectRate(1); % 计算各个染⾊体的累积概率for i=2:PopSize;AccumulateRate(i) = AccumulateRate(i-1)+SelectRate(i);endfor i =1:2:PopSize% 轮盘赌选出2个染⾊体,根据随机数与累积概率的⽐较进⾏选择pos = find(AccumulateRate>=rand);newPop(i,:) = population(pos(1),:);pos = find(AccumulateRate>=rand);newPop(i+1,:) = population(pos(1),:);% 交叉操作if oneorzero(Pc) ==1 % 判断这2个被选中的染⾊体是否需要进⾏交叉操作temp = randperm(21); % 产⽣1个随机数,以确定交叉位置position = temp(1);child1 = newPop(i,:); % 进⾏交叉child2 = newPop(i+1,:);tempchild = child1;child1(position:precision) = child2(position:precision);child2(position:precision) = tempchild(position:precision);newPop(i,:) =child1; % 将交叉后的⼦代存⼊新染⾊体矩阵中newPop(i+1,:) =child2;end% 变异操作newPop(i,:) = mutation(newPop(i,:),Pm);newPop(i+1,:) = mutation(newPop(i+1,:),Pm);endend% time =toc;%disp(['最优解为: ' num2str(bestX)]);% disp(['程序运⾏时间: ' num2str(time) 's']);六、结果分析1.利⽤实验数据,分析并解答以下问题,a)遗传算法中变异概率的设置对求解结果的影响。

遗传算法在优化问题求解上的效果

遗传算法在优化问题求解上的效果

遗传算法在优化问题求解上的效果遗传算法(Genetic Algorithm,GA)是一种模拟生物进化过程的优化算法,通过模拟“适者生存、优胜劣汰”的规律,通过不断迭代的方式,逐步逼近问题的最优解。

遗传算法已经被广泛应用于优化问题求解的领域,包括工程优化、机器学习、数据挖掘等。

本文将讨论遗传算法在优化问题求解上的效果,并探讨其优势和局限性。

首先,遗传算法在优化问题求解中具有较好的鲁棒性和全局搜索能力。

遗传算法采用种群的方式进行搜索,每个个体都代表一个可能的解。

通过不断进化,优秀的个体逐渐传递其优良特征给下一代,使得种群整体逐步趋于目标解。

这种全局搜索的特性使得遗传算法能够克服局部最优解陷阱,避免陷入局部极值,找到更优的全局解。

其次,遗传算法具有并行处理的能力,可以加速优化问题求解的过程。

遗传算法的每一代都是独立演化的,可以并行处理多个个体进行适应度计算、选择、交叉和变异等操作。

这种并行性使得遗传算法在计算资源充足的情况下,能够快速搜索到更优的解。

尤其是在复杂的优化问题中,遗传算法的并行性可以显著提高求解效率。

此外,遗传算法可以处理非线性、非凸和非连续的优化问题。

在实际问题中,很多优化问题都具有复杂的非线性特性,传统的优化方法往往难以处理。

而遗传算法通过进行基因的交叉和变异操作,能够在搜索空间中自由探索,在复杂的优化问题中找到较优的解。

此外,遗传算法还可以处理包含离散变量的优化问题,提供了更加灵活的解决方案。

然而,遗传算法也存在一些局限性。

首先,遗传算法在搜索空间较大时,可能会导致搜索时间过长。

由于遗传算法采用全局搜索策略,需要对整个搜索空间进行搜索,在搜索空间较大时,计算时间会显著增加。

此外,遗传算法的搜索结果具有一定的随机性,可能会受到初始种群设置和参数选择的影响,产生不同的结果。

因此,遗传算法的结果可能并不是唯一的最优解。

另外,遗传算法在处理高维优化问题时,可能会受到维数灾难的困扰。

维数灾难是指随着问题维数的增加,搜索空间的复杂度呈指数级增长,导致遗传算法在高维问题中效果较差。

遗传算法在优化问题中的应用案例分析

遗传算法在优化问题中的应用案例分析

遗传算法在优化问题中的应用案例分析引言:遗传算法,是一种模拟生物进化过程的优化算法,已被广泛应用于各类优化问题中。

通过模拟物种的自然选择、遗传交叉和变异等过程,遗传算法能够寻找到问题的最优解,特别适用于复杂问题和无法使用传统算法求解的问题。

本文将通过介绍两个应用案例,详细阐述遗传算法在优化问题中的应用。

案例一:旅行商问题旅行商问题(Traveling Salesman Problem,TSP)是一个经典的优化问题,其目标是寻找一条路线,使得旅行商能够只访问一次每个城市,并且最后回到起点的路径总长度最短。

在实际应用中,TSP可以应用于旅游规划、电路板布线等领域。

遗传算法在解决TSP问题中,可以通过建立一个染色体表示城市的访问顺序,以及定义适应度函数评估路径的优劣程度。

染色体的交叉和变异操作模拟了城市间的信息交流和突变情况,以此不断优化路径。

通过多代进化,遗传算法能够找到问题的优化解。

以TSP问题为例,研究表明遗传算法在寻找较短路径上具有较好的性能,能够找到接近全局最优解。

案例二:机器学习中的参数优化机器学习算法中存在大量超参数(Hyperparameters),如学习率、网络拓扑结构等,这些超参数的选择直接影响算法的性能。

超参数的优化是一个非常具有挑战性的问题,传统的网格搜索方法因其组合爆炸的问题而效率低下。

遗传算法通过自适应搜索和进化过程,能够高效地找到最优或接近最优的超参数组合。

以神经网络为例,遗传算法能够通过调整网络的结构(如隐藏层数量和每层的神经元个数)、学习率、优化器等超参数,来优化网络的性能。

通过在每一代中评估网络在验证集上的性能,遗传算法根据适应度函数的评估结果,对染色体(超参数组合)进行选择、交叉和变异操作,以实现超参数的优化。

实验结果表明,遗传算法在优化神经网络超参数时能够显著提升模型的性能。

结论:遗传算法在优化问题中的应用已经得到广泛的研究和应用,尤其在复杂问题和传统算法无法求解的问题上表现出较好的性能。

遗传算法在工程设计优化中的应用分析

遗传算法在工程设计优化中的应用分析

遗传算法在工程设计优化中的应用分析第一章引言近年来,随着计算机科学的发展和工程设计的复杂化,传统的优化算法已经无法满足工程设计的需求。

而遗传算法作为一种优化方法,通过模拟进化生物的遗传过程,能够寻找到更优的解决方案。

因此,在工程设计优化中,遗传算法被广泛应用。

本文将对遗传算法在工程设计优化中的应用进行分析。

第二章遗传算法基本原理2.1 遗传算法的基本思想遗传算法是通过模拟进化的方式进行优化的一种算法。

其基本思想源自于达尔文进化论中的“适者生存”和“优胜劣汰”原理。

遗传算法通过模拟生物的遗传过程,将候选解(个体)表示为染色体,通过不断的交叉和变异操作,生成新的解集合,从中选择适应度较高的解作为下一代的种群,以此迭代搜索最优解。

2.2 遗传算法的基本步骤遗传算法的基本步骤包括种群初始化、适应度评估、选择操作、交叉操作、变异操作和终止条件的判断。

首先,需要初始化种群,生成初始的解集合。

然后,在每一代中,根据适应度评估函数对解集合中的个体进行评估,选择适应度较高的个体。

接下来,进行交叉和变异操作,生成新的解集合。

最后,根据终止条件的判断,满足停止迭代的条件时终止算法,否则继续迭代搜索最优解。

第三章遗传算法在工程设计中的应用3.1 工程设计参数优化在实际的工程设计中,往往需要优化多个参数以满足设计要求。

遗传算法可以对多个参数进行优化,并通过迭代的方式逐步逼近最优解。

例如,在机械结构设计中,可以通过遗传算法对结构的材料、尺寸、形状等参数进行优化,以提高结构的强度和稳定性。

3.2 工程设计的拓扑优化工程设计中的拓扑优化是指在给定的边界约束下,优化材料在结构中的分布,以减少结构的材料消耗和重量。

遗传算法可以通过不断地调整结构的拓扑,找到最优的材料分布,以达到减少材料消耗和提高结构性能的目的。

例如,在飞机机翼设计中,通过遗传算法可以优化机翼内部的材料分布,以减少重量并提高飞行性能。

3.3 工程设计的优化路径规划在工程设计中,有时需要考虑不同的路径选择以达到最优的设计结果。

运筹优化中的遗传算法应用案例分析

运筹优化中的遗传算法应用案例分析

运筹优化中的遗传算法应用案例分析遗传算法是一种模拟自然界进化过程的优化方法,通过模拟生物遗传和进化规律,在问题求解过程中寻找最优或接近最优解。

在运筹优化领域,遗传算法被广泛应用于多个方面,如旅行商问题、资源分配问题、生产调度问题等。

本文将对几个运筹优化中的遗传算法应用案例进行分析,以展示遗传算法在实践中的应用效果和优势。

首先要介绍的是旅行商问题(TSP)。

旅行商问题是一个经典的求解最短路径问题,即找出一条路径使得旅行商可以依次访问多个城市,并回到起点城市,且所走过的总路径最短。

遗传算法可以通过定义适应度函数以及遗传操作(选择、交叉、变异)来求解该问题。

通过遗传算法的迭代过程,逐渐优化路径,并最终得到全局最优解。

第二个案例是资源分配问题。

在生产调度和资源分配中,经常需要考虑如何合理利用有限的资源来最大化利益。

遗传算法可以通过优化资源分配方案,同时考虑到资源约束和利益最大化的目标。

通过对资源的分配和利用情况进行建模,并通过遗传算法优化模型,可以提高资源的利用效率,并达到最优的资源分配方案。

第三个案例是生产调度问题。

在制造业中,生产调度是一个重要的问题,涉及到如何合理安排生产任务、机器设备的时间利用、产品的交付时间等方面。

遗传算法可以通过建立合适的数学模型,考虑到各种约束条件,并通过遗传算法的迭代优化过程,自动找到最优的生产调度方案。

除了上述案例,遗传算法还可以应用于其他运筹优化问题,如货车路径优化、物流配送最优化、航班调度等。

通过合理的建模和设计,将问题转化为适应度函数的形式,可以利用遗传算法求解这些复杂的运筹优化问题。

遗传算法之所以在运筹优化中得到广泛应用,是因为它具有以下几个优势:首先,遗传算法具有全局搜索的能力。

遗传算法通过种群的多样性保持,在搜索空间中进行全局搜索,能够找到接近全局最优解的解。

这对于那些问题空间复杂、搜索空间庞大的问题特别有效。

其次,遗传算法具有自适应性。

通过不断迭代的过程,遗传算法可以根据问题的具体情况,自动调整参数和权重,使得算法能够适应不同问题的求解过程。

遗传算法在组合优化问题中的应用研究

遗传算法在组合优化问题中的应用研究

遗传算法在组合优化问题中的应用研究绪论组合优化问题是运筹学中的一个重要研究领域,它在许多实际问题中都具有重要的应用价值。

在解决组合优化问题时,遗传算法作为一种优化算法被广泛应用。

本文将重点研究遗传算法在组合优化问题中的应用,并对其研究现状进行详细分析和总结。

一、遗传算法的基本原理遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法,它借鉴了进化生物学的一些基本原理,如选择、交叉和变异。

遗传算法具有以下步骤:初始化种群,计算适应度函数,选择操作,交叉操作,变异操作和判断终止条件。

通过不断重复这些步骤,逐步优化种群,直到满足终止条件为止。

二、遗传算法在组合优化问题中的应用1. 旅行商问题(TSP)旅行商问题是组合优化问题中的一个经典问题,其目标是寻找一条路径,使得旅行商经过所有城市并返回原点,同时总路程最短。

遗传算法在解决TSP问题上具有较好的优化效果。

其关键在于适应度函数的设计,可以根据当前路径的长度对种群进行排序和选择,进而获取更优的路径。

2. 装箱问题装箱问题是将一系列物品放入给定大小容器的问题,其目标是使物品的总体积尽量小。

遗传算法在解决装箱问题方面表现出色。

通过不断交叉和变异操作,以及设计适应度函数来判断空间利用率,可以得到最优的装箱方案。

3. 图着色问题图着色问题是将给定的图中的节点用最少的颜色进行染色,使得相邻节点的颜色不同。

遗传算法在解决图着色问题上具有良好的优化效果。

通过设计适应度函数来评估染色方案的合理性,并结合交叉和变异操作,可以得到满足约束条件的最优染色方案。

4. 排产问题排产问题是指根据任务和资源的约束条件,合理安排生产过程中的工作顺序和时间,以提高生产效率。

遗传算法在解决排产问题方面具有一定优势。

通过对种群的选择和交叉操作,以及定义适应度函数来评估排产方案的优劣,可以得到最优的生产排程。

三、遗传算法在组合优化问题中的优势和挑战1. 优势遗传算法具有搜索空间大、全局搜索能力强、鲁棒性高等优势。

组合优化问题中的遗传算法优化研究

组合优化问题中的遗传算法优化研究

组合优化问题中的遗传算法优化研究随着信息技术不断发展,计算机算法也在不断创新和优化。

其中,遗传算法在组合优化问题中得到了广泛的应用和重视。

本文将从遗传算法的基本原理、组合优化问题、遗传算法优化等方面展开讨论。

一、遗传算法的基本原理遗传算法是一种基于生物进化过程的优化算法,通过模拟进化过程,寻求给定问题的优化解。

遗传算法包括以下基本步骤:1.初始化种群,即初始候选解的随机生成。

2.选择算子,即选取适应度函数值高的候选解。

3.交叉算子,即两个父代个体之间产生子代的操作。

4.变异算子,即对种群中的某些个体进行基因突变的操作。

5.根据预设的停止准则,判断是否满足结束条件。

二、组合优化问题组合优化问题是指从一给定集合中选择一定的元素,并使其满足某些条件的问题。

组合优化问题涉及到多个领域,如图论、操作研究、信息学等。

在组合优化问题中,遗传算法可以帮助确定最优解。

组合优化问题通常有以下几个分类:1.背包问题:即在限定容量下,选取可能的物品使得其总价值最大。

2.图问题:即在一张给定的图中找到满足条件的最佳路径或图。

3.集合问题:即在给定一定条件下找到一个最合适的子集。

三、遗传算法优化遗传算法优化在组合优化问题中发挥着重要作用。

在遗传算法优化过程中,我们需要寻找到最优解,即使得适应度函数值最高。

在优化过程中,我们需要考虑以下问题:1.如何定义适应度函数适应度函数是衡量个体成功的度量标准,它需要合理地衡量每个个体的特定性。

适应度函数通常使用一些常见软件包进行计算。

2.如何选取交叉算子和变异算子交叉和变异算子可以影响解的质量。

交叉算子是指选择两个个体并获得两个子代。

在变异算子中,我们可以随机改变某些基因以获得更好的结果。

3.如何确定种群大小和停止准则种群大小和停止准则是遗传算法中最重要的两个参数。

种群的大小可以影响优化效果。

停止准则也非常重要,当满足停止准则时,算法将终止运行并返回结果。

4.如何选择合适的遗传算法模型遗传算法有多种模型,如标准遗传算法、粒子群优化等。

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遗传算法在函数优化问题中的应用研究
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个体,从而最终寻找出适应度最大的个体。这个适应度最大的 个体经解码处理之后所对应的个体表现型就是这个实际应用 问题的最优解或近似最优解。 利用遗传算法进行数值函数优化计算时,若精度要求不是 太高,自变量的个数不是太多时,可以采用二进制编码来表示 个体; 若精度要求较高, 自变量的个数较多时, 可以采用浮点数 编码来表示个体。其主要检测函数有: E * F 定义域为连续区域的函数优化; E % F 不稳定函数的优化; E ’ F 多峰函数优化; E G F 多目标函数优化。 例如对于给定的优化问题 H)4"0#1)-I 函数的全局最大值 计算。
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遗传算法在函数优化问题中的应用研究
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 胡玉兰 沈阳工业学院,沈阳,110015 机械设计与制造 MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE 2003,(1) 0次
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第四步: 确定解码方法。 解码时需先将 %& 位长的二进制编码串切断为二个 *& 位长 的二进制编码串,然后分别将它们转换为对应的十进制整数代 码, 分别记为 $* 和 $% 。依据前述个体编码方法和对定义域的离 散化方法可知, 将代码 $% 转换为变量 &% 的解码公式为: ( % : *, (’ ) &% : ;$ & # 2/ < *&%’ = ;$ & %) 第五步: 确定个体评价方法。 (* ) 由式 可知, 并且优 >)4"0#1)-? 函数的值域总是非负的, 化目标是求函数的最大值,故这里可将个体的适应度直接取为 对应的目标函数值, 并且不在对它作其他变换处理, 即有: ’@ (A : ( ) &* B &% ) 第六步: 设计遗传算子。 选择运算使用比例遗传算子; 交叉运算使用单点交叉算子; 变异运算使用基本位变异算子。 第七步: 确定遗传算法的运行参数。 对于本例, 设定遗传算法的运行参数如下: 群体大小: * : D& 终止代数: + : ;&& 交叉概率: ,- : &$ ; 变异概率: ,. : &$ &&* 通过上述七个步骤就可构成用于 >)4"0#1)-? 函数优化计 算的基本遗传算法框架。该框架也可作为其它函数优化问题的 通用框架在设计用于评价遗传算法性能的测试函数时,必须考 虑各种数学特性, 包括: 连续函数或离散函数; 凹函数或凸函数; 二次函数或非二次函数; 低维函数或高维函数; 确定性函数或随机性函数; 单峰值函数或多峰值函数, 等等。 评价遗传算法常用到的测试函数有: @*A (C )
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(* ) (% )
%$ * 具体的遗传算法的构造过程如下
(% ) 第一步: 确定决策变量和约束条件。式 给出。 (* ) 给出。 第二步: 建立优化模型。式 第三步: 确定编码方法。 用长度为 *& 位的二进制编码串来分辨表示两个决策变量 $* J $% 。*& 位二进制编码串可以表示从 & 到 *&%’ 之间的 *&%G 个不同的数,故将 $* J $% 的定义域离散化为 *&%’ 个均等的区 域, 包括两个端点在内共有 *&%G 个不同的离散点。从离散点 L %$ &GM 到离散点 %$ &GM ,依次让它们分别对应与从 &&&&&&&&&& (& ) (*&%’ ) 到 ********** 之间的二进制编码。 再将分别表示 $* J $% 的二个 *& 位长的二进制编码串连接在一起,组成一个 %& 位 长的二进制编码串,它就构成了这个函数优化问题的染色体编 码方法。使用这种编码方法,解空间和遗传算法的搜索空间具 有一一对应的关系。例如: N: &&&&**&*** **&***&&&* 就表示一个个体的基因型,其中前 *& 位表示 $* J 后 *& 位 表示 $% 。
% 遗传算法在函数优化问题中的应用
遗传算法与纯数值函数优化计算,对很多实际问题进行数 学建模后,可将其抽象为一个数值函数的优化问题。遗传算法 提供了一种求解这种优化问题的通用框架。遗传算法通过对群 体所施加的迭代进化过程,不断地将当前群体中具有较高适应 度的个体遗传到下一代群体中,并且不断地淘汰适应度较低的
得到了下述几条重要的结论 %$ % 经过仔细分析和计算,
结论 * : 群体的规模越大, 遗传算法的离线性能越好, 越容
+/-./5,0 R1"44$ *JG;$ ; 3$ W$ H)MQ#"15B H"0"9/- IM5)1/9.E4 /0 S",1-.B XR9/E/Y,9/)0 ,0Q +,-./0" Z",10/05$ >",Q/05B +I[ IQQ/4)0 = \"4M"2B *JDJ$

参考文献
张传生, 刘辉 $ 遗传算法纵横谈B 信息与控制 $ *JJG$ % C& K CG$ * 丁承民, 陈新海 $ 遗传算法的研究与进展 B 信息与控制 $ *JJC$ D % 陈根社, %*; K %%&$ 王晶晶, 陈志宏, 黄明 $ 利用遗传算法选择最优管理决策 $ ’ 阎春宁, 上海大学学报 B %&&& L)M$ ()$ * N$ FG K G&$ 国防出版社 $ ’ 陈国良等 $ 遗传算法及其应用, C O$ P$ P)MM,0Q$ IQ,R9,9/)0 /0 (,971,M ,0Q I19/8/-/,M S249"E$ T." U0/V$
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