遗传算法及其函数优化应用
遗传算法用于函数优化
y_max=[y_max;max(y)];
y_min=[y_min;min(y)];
%----------------end---------------------------------
%------------遗传算法--------------------------------
4、设定交叉概率为0.9，进行遗传操作（交叉）；
5、设定变异概率0.05，进行遗传操作（变异）；
6、产生下一代种群，与终止条件比较，不满足返回到步骤2直到满足条件退出。
算法的流程如图7.1所示。
图7.1 算法流程图
四、实验结果及分析
我们采用遗传算法来寻求目标函数的最大值。初始化样本个数为20个，编码位数为5位，采用二进制编码，交叉概率为0.9，变异概率为0.05，最大迭代次数为1000次，初始样本随机选择，当父代与子代间适应度变化小于0.001时，达到系统指标。MATLAB模拟运行输出迭代种群的平均适应度变化、种群的最优解与最差解，绘出图像（见图1），计算运行时间的平均值（见表1），由表可知，平均运行时间约为0.65秒左右，速度较快。由图可知，前期平均适应度是不断上升的，到达一定程度后即平均适应度在0.9以上后，就基本处于波动平衡状态。通过对遗传算法的分析，这是因为种群内的所有个体几乎都已经接近最优值，上升空间比较小，且由于有变异的可能性，所以平均适应度在后期处于波动状态。由图可发现，每代的最大值都差不多，几乎都是1，但每代的最小值的变化就比较多了，但从趋势可以基本看出，最小值在逐渐变大，向最大值靠拢。因为要找的最优解是最大值，所以在迭代过程中，最小值淘汰几率最大，它的基因难以遗传下来，因此最小值会逐渐变大。
第七章遗传算法应用举例
第七章遗传算法应用举例遗传算法是一种模拟自然选择和遗传机制的计算方法，它可以用来解决很多实际问题。
以下是几个遗传算法应用的实例。
1.旅行商问题（TSP）：旅行商问题是一个经典的组合优化问题，目标是找到最短路径来访问一系列城市并返回原始城市。
遗传算法可以通过编码城市序列，并使用交叉、变异和选择操作进行优化。
通过进行迭代，遗传算法可以更优的路径，并得到近似最优的解。
2.机器学习特征选择：在机器学习中，特征选择是一种减少特征集合维度的方法，以提高模型的性能和泛化能力。
遗传算法可以用来选择最佳的特征子集，通过优化目标函数（例如分类准确率或回归误差）来评估子集的优劣，并通过交叉和变异操作不断改进。
3.组合优化问题：遗传算法也广泛应用于组合优化问题，如背包问题、任务调度、物流路径规划等。
通过定义适应度函数和优化目标，遗传算法可以最优的组合并提供近似解。
4.神经网络训练：神经网络是一种模拟人脑神经元相互连接和传递信息的计算模型。
训练神经网络需要调整网络权重和参数，以最小化损失函数。
遗传算法可以用作优化算法，通过定义染色体编码网络参数，并通过交叉和变异操作对网络进行进化，以找到更好的网络结构和参数。
5.机器调参：机器学习算法通常包含许多超参数需要调优，例如决策树的深度、神经网络的学习率等。
遗传算法可以用来超参数的最佳组合，并通过交叉和变异操作对超参数进行优化。
6.图像处理：遗传算法被广泛应用于图像处理领域，如图像增强、目标检测、图像分割等。
通过定义适应度函数和优化目标，遗传算法可以优化图像处理算法的参数和参数组合，以提高图像质量和算法效果。
7.电力系统优化：电力系统优化包括电力负荷优化、电力设备配置优化、电力网路规划等。
遗传算法可以用来优化电力系统的各种参数和变量，以提高电力系统的效率和可靠性。
总之，遗传算法是一种强大而灵活的优化算法，在许多领域都可以应用。
它通过模拟生物进化过程，通过选择、交叉和变异操作，问题的解空间，并找到最优或近似最优的解。
遗传算法原理与应用
一、遗传算法概述
1、智能优化算法 2、基本遗传算法 3、遗传算法的特点
1、智能优化算法
智能优化算法又称为现代启发式算法， 是一种具有全局优化性能、通用性强、 且适合于并行处理的算法。这种算法一 般具有严密的理论依据，而不是单纯凭 借专家经验，理论上可以在一定的时间 内找到最优解或近似最优解。
均点交叉运算 交叉前： 00000|01110|00000|00100|00 11100|00000|11111|10001|01 交叉后： 00000|00000|00000|10001|00 11100|01110|11111|00100|01 交叉点
均匀交叉又称“驻点交叉”，在交叉前先进行基因的变异 检测，通过后再行交叉。
（2） 利用比例选择算子的公式，计算每个个体被
选中遗传到下一代群体的概率；
（3） 采用模拟赌盘操作（即生成0到1之间的随机
数与每个个体遗传到下一代群体的概率进行匹配） 来确定各个个体是否遗传到下一代群体中。
以赌轮盘的方式來看，把一个轮盘分成若干扇形， 面积越大的编号，越容易中奖，因此奖金会比較低。 以适应性函数來看，其值越大者所占的面积就越大， 其选中的机率就越大。
轮盘赌选择又称比例选择算子，它的基本思想 是：各个个体被选中的概率与其适应度函数值大小 成正比。设群体大小为n ，个体i 的适应度为 Fi， 则个体i 被选中遗传到下一代群体的概率为：
P i F i / F i
i 1
n
轮盘赌选择方法的实现步骤
（1） 计算群体中所有个体的适应度函数值（需要 解码）；
身的要求而定。
选择算子
遗传算法使用选择运算来实现对群体中的个 体进行优胜劣汰操作：适应度高的个体被遗传到
遗传算法及应用
遗传算法将问题的求解表示成“染色体”（用编码 表示字符串）。该算法从一群“染色体”串出发， 将它们置于问题的“环境”中，根据适者生存的原 则，从中选择出适应环境的“染色体”进行复制， 通过交叉、变异两种基因操作产生出新的一代更适 应环境的“染色体”种群。随着算法的进行，优良 的品质被逐渐保留并加以组合，从而不断产生出更 佳的个体。这一过程就如生物进化那样，好的特征 被不断的继承下来，坏的特征被逐渐淘汰。新一代 个体中包含着上一代个体的大量信息，新一代的个 体不断地在总体特性上胜过旧的一代，从而使整个 群体向前进化发展。对于遗传算法，也就是不断接 近最优解。
优势
总的来说，遗传算法与其他寻优算法相比的主要特点可以归纳如下： 1)遗传算法是对参数的编码进行操作，而不是对参数本身。 2）遗传算法是从许多初始点开始并行操作，而不是从一个点开始。因而 可以有效地防止搜索过程收敛于局部最优解，而且有较大可能求得全部 最优解。 3）遗传算法通过目标函数来计算适配度，而不要求其他的推导和附属信 息，从而对问题的依赖性较小。 4）遗传算法使用概率的转变原则，而不是确定性原则。 5）遗传算法在解空间内不是盲目地穷举或完全随机测试，而是一种启发 式搜索，其搜索效率往往优于其他算法。 6）遗传算法对于待寻优的函数基本无限制，它既不要求函数连续，更不 要求可微；既可以是数学解析式所表达的显函数，又可以是映射矩阵甚 至是神经网络等隐函数，因而应用范围很广。 7）遗传算法更适合大规模复杂问题的优化。
6.2遗传算法的基本操作与模式理论
下面通过一个简单的例子，详细描述遗传算法的基 本操作过程，然后给出简要的理论分析，从而清晰 地展现遗传算法的原理和特点。 6.2.1遗传算法的基本操作 例：设需要求解的优化问题为当自变量x在0~31之间 取整数值时寻找f(x)=x^2函数的最大值。枚举的方 法是将x取尽所有可能值，观察能否得到最高的目标 函数值。尽管对如此简单的问题该法是可靠的，但 这是一种效率很低的方法。下面运用遗传算法来求 解这个问题。
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。
非线性规划的遗传算法在多峰函数优化中的应用
优解 。 并 提 高 迭代 寻 优 效 率 ．
１ 算法简介
遗传算法 【 ８ ］ ， 作为一种随机搜 索算法 ， 基于随机产生的初始种群 ， 通过选择 、 交叉 、 变异操作开始搜 索优
化 问题 的最 优 解 而产 生 新 种 群 ． 经过逐步进化 ， 遗传 算 法 准 确 或 大概 率 收 敛 于优 化 问题 的全 局 最优 解 。 从 而 获 得 优 化 问 题 的最 优 解 或 次 优 解 ． 由于 遗传 算 法 具 有 良好 的全 局 搜 索 能力 和易 于 实 现 等 优 点 ， 对 传 统 搜 索 算 法难 以解 决 的复 杂 和 非 线 性 优 化 问 题 ， 遗 传 算 法 具 有 较 强 的处 理 能 力 ． 目前该 算 法 已广 泛 应 用 于 组 合 优 化 等 领域 ， 并 取 得 了 良好 的 应用 效 果 ． 但在应用过程 中， 人 们 也 发 现 遗 传算 法 也具 有 局部 搜 索 能 力 较 差 和 收敛 速 度 缓 慢 等缺 点 ． 特别 是 对 于 多 峰 函数 的优 化 问题 ， 往往 不 能 得 到 问题 的 最 优解 ． 为 了提 高算 法 的局
第２ ４卷 第 ２期 ２ ０ １ ３年 ６月
广 西 科 技 大 学 学 报
Ｊ ＯＵ ＲＮＡＬ ＯＦ ＧＵＡＮＧ ＸＩ Ｕ ＮＩ ＶＥＲＳ Ｉ Ｔ Ｙ ＯＦ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ ＮＣ Ｅ ＡＮ Ｄ Ｉ ＥＣ ＨＮＯＬ ０ＧＹ
(完整word版)遗传算法及在物流配送路径优化中的应用
遗传算法及在物流配送路径优化中的应用一、遗传算法1.1遗传算法定义遗传算法（Genetic Algorithm）是模拟达尔文的遗传选择和自然淘汰的生物进化过程的计算模型, 是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法, 它是有美国Michigan大学J.Holland教授于1975年首先提出来的, 并出版了颇有影响的专著《Adaptation in Natural and Artificial Systems》, GA这个名称才逐渐为人所知, J.Holland教授所提出的GA通常为简单遗传算法（SGA）。
遗传算法是从代表问题可能潜在的解集的一个种群（population）开始的, 而一个种群则由经过基因（gene）编码的一定数目的个体(individual)组成。
每个个体实际上是染色体(chromosome)带有特征的实体。
染色体作为遗传物质的主要载体, 即多个基因的集合, 其内部表现（即基因型）是某种基因组合, 它决定了个体的形状的外部表现, 如黑头发的特征是由染色体中控制这一特征的某种基因组合决定的。
因此, 在一开始需要实现从表现型到基因型的映射即编码工作。
由于仿照基因编码的工作很复杂, 我们往往进行简化, 如二进制编码, 初代种群产生之后, 按照适者生存和优胜劣汰的原理, 逐代（generation）演化产生出越来越好的近似解, 在每一代, 根据问题域中个体的适应度（fitness）大小选择（selection）个体, 并借助于自然遗传学的遗传算子（genetic operators）进行组合交叉（crossover）和变异（mutation）, 产生出代表新的解集的种群。
这个过程将导致种群像自然进化一样的后生代种群比前代更加适应于环境, 末代种群中的最优个体经过解码（decoding）, 可以作为问题近似最优解。
1.2遗传算法特点遗传算法是一类可用于复杂系统优化的具有鲁棒性的搜索算法, 与传统的优化算法相比, 主要有以下特点:1. 遗传算法以决策变量的编码作为运算对象。
基本遗传算法及的应用举例
基本遗传算法及应用举例遗传算法(Genetic Algorithms)是一种借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机、高度并行、自适应搜索算法。
遗传算法是多学科相互结合与渗透的产物。
目前它已发展成一种自组织、自适应的多学科技术。
针对各种不同类型的问题，借鉴自然界中生物遗传与进化的机理，学者们设计了不同的编码方法来表示问题的可行解，开发出了许多不同环境下的生物遗传特征。
这样由不同的编码方法和不同的遗传操作方法就构成了各种不同的遗传算法。
但这些遗传算法有共同的特点，即通过对生物的遗传和进化过程中的选择、交叉、变异机理的模仿来完成对最优解的自适应搜索过程。
基于此共同点，人们总结出了最基本的遗传算法——基本遗传算法。
基本遗传算法只使用选择、交叉、变异三种基本遗传操作。
遗传操作的过程也比较简单、容易理解。
同时，基本遗传算法也是其他一些遗传算法的基础与雏形。
1．1．1 编码方法用遗传算法求解问题时，不是对所求解问题的实际决策变量直接进行操作，而是对表示可行解的个体编码的操作，不断搜索出适应度较高的个体，并在群体中增加其数量，最终寻找到问题的最优解或近似最优解。
因此，必须建立问题的可行解的实际表示和遗传算法的染色体位串结构之间的联系。
在遗传算法中，把一个问题的可行解从其解空间转换到遗传算法所能处理的搜索空间的转换方法称之为编码。
反之，个体从搜索空间的基因型变换到解空间的表现型的方法称之为解码方法。
编码是应用遗传算法是需要解决的首要问题，也是一个关键步骤。
迄今为止人们已经设计出了许多种不同的编码方法。
基本遗传算法使用的是二进制符号0和1所组成的二进制符号集｛0，1｝，也就是说，把问题空间的参数表示为基于字符集｛0，1｝构成的染色体位串。
每个个体的染色体中所包含的数字的个数L 称为染色体的长度或称为符号串的长度。
一般染色体的长度L 为一固定的数，如X=10011100100011010100表示一个个体，该个体的染色体长度L=20。
力学中的优化方法及应用
力学中的优化方法及应用引言：力学是研究物体运动和相互作用的学科，广泛应用于工程、物理学和生物学等领域。
在力学的研究中，优化方法被广泛运用，以寻找最佳解决方案和最优设计。
本文将介绍力学中的一些常见优化方法及其应用。
一、梯度下降法梯度下降法是一种常见的优化方法，用于寻找函数的最小值。
在力学中，梯度下降法常用于求解最优化问题，例如最小化系统的能量或最大化系统的效率。
该方法通过计算函数的梯度，并沿着梯度的反方向进行迭代，逐步接近最优解。
梯度下降法在力学中的应用包括材料设计、结构优化和流体力学等领域。
二、遗传算法遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化方法，通过模拟自然选择和遗传机制来搜索最优解。
在力学中，遗传算法常用于参数优化和结构优化问题。
例如，在材料设计中，遗传算法可以用于寻找最佳的材料组合，以满足特定的性能要求。
遗传算法还可以应用于机械结构的拓扑优化，以提高结构的强度和刚度。
三、粒子群优化算法粒子群优化算法是一种模拟鸟群或鱼群行为的优化方法，通过模拟个体之间的信息共享和协作来搜索最优解。
在力学中，粒子群优化算法常用于求解多目标优化问题。
例如，在多目标优化中，需要在多个冲突的目标之间找到一个平衡点。
粒子群优化算法可以帮助找到这样的平衡点，并提供一组最优解供决策者选择。
四、拓扑优化拓扑优化是一种通过改变结构的拓扑形状来优化结构性能的方法。
在力学中，拓扑优化常用于设计轻量化结构。
通过在结构中添加或删除材料，可以调整结构的刚度和强度，以满足特定的性能要求。
拓扑优化方法可以与其他优化方法结合使用，例如梯度下降法和遗传算法，以提高优化效果。
五、应用案例1. 材料设计：利用优化方法可以寻找具有特定性能的新材料。
例如，通过梯度下降法优化材料的晶格结构，可以提高材料的导电性能。
2. 结构优化：通过优化方法可以改善结构的强度和刚度。
例如，使用遗传算法优化机械结构的参数，可以减少结构的重量并提高其性能。
3. 流体力学：优化方法可以用于改进流体力学问题的求解。
遗传算法的详解及应用
遗传算法的详解及应用遗传算法（Genetic Algorithm，GA）是一种模拟自然选择和遗传过程的算法。
在人工智能和优化问题中得到了广泛的应用。
本文将详细介绍遗传算法的基本原理和优化过程，并探讨它在实际应用中的价值和局限性。
一、遗传算法的基本原理遗传算法的基本原理是通过模拟生物进化的过程来寻找一个问题的最优解。
在遗传算法中，优秀的解决方案（也称为个体，Individual）在进化中拥有更高的生存几率，而劣质的解决方案则很快被淘汰。
在遗传算法的过程中，每个个体由若干个基因组成，每个基因代表某种特定的问题参数或者状态。
通过遗传算法，我们可以找到问题最优的解或者其中一个较优解。
遗传算法的基本流程如下：1. 初始化群体（Population）：首先，我们需要随机生成一组初始解作为群体的个体。
这些个体被称为染色体（chromosome），每一个染色体都由一些基因（gene）组成。
所以我们可以认为群体是由很多染色体组成的。
2. 选择操作（Selection）：选择运算是指从群体中选出一些个体，用来繁殖后代。
其目的是让优秀的个体留下更多的后代，提高下一代的平均适应度。
在选择操作中，我们通常采用轮盘赌选择（Roulette Wheel Selection）法、锦标赛（Tournament）法、排名选择（Ranking Selection）法等方法。
3. 交叉操作（Crossover）：交叉运算是指随机地从两个个体中选出一些基因交换，生成新的染色体。
例如，我们可以将染色体A和B中的第三个基因以后的基因交换，从而产生两个新的染色体。
4. 变异操作（Mutation）：变异运算是指随机改变染色体中的个别基因，以增加多样性。
例如，我们随机将染色体A的第三个基因改变，从而产生一个新的染色体A'。
5. 适应度评估（Fitness Evaluation）：适应度评估是指给每一个个体一个适应度分数，该分数是问题的目标函数或者优化函数。
遗传算法及应用
Cnew = π1 · · · πu−1πvπv−1 · · · πu+1πuπv+1 · · · π102 记
表 1: 生物遗传概念在遗传算法中的对应关系
生物遗传概念 适者生存 个体 染色体 基因 适应性 种群 交配 变异
遗传算法中的作用 算法停止时,最优目标值的解有最大的可能被留住 解 解的编码 解中每一分量的特征 适应度函数值 根据适应度函数值选取的一组解 通过交配原则产生一组新解的过程 编码的某一分量发生变化的过程
种群大小:M = 50 最大代数:G = 1000 交叉率: pc = 1,交叉概率为 1 能保证种群的充分进化。 变异率: pm = 0.1, 一般而言,变异发生的可能性较小。 (1) 编码策略 采用十进制编码,用随机数列ω1ω2 · · · ω102作为染色体,其中0 < ωi < 102, i = 2, 3, · · · , 101, ω1 = 0, ω102 = 1 每一个随机序列都和种群中的一个个体相对应。 例如一个 9 目标问题的一个染色体为
经度 纬度 30.3313 6.9348 10.1584 12.4819 31.4847 8.9640 38.4722 20.1731 0.9718 28.1477 50.2111 10.2944 48.2077 16.8889 41.8671 3.5667 27.7133 5.0706 4.9568 8.3669 49.2430 16.7044 11.5812 14.5677 26.7213 28.5667 0.7775 6.9576 18.5245 14.3598 52.5211 15.7957 50.1156 23.7816 19.9857 5.7902 52.8423 27.2880 28.7812 27.6659 33.6490 0.3980 36.9545 23.0265 39.7139 28.4203 36.9980 24.3992 41.1084 27.7149
遗传算法及其应用
选择-复制 通常做法是：对于一个规模为N 的种群S,按每个染色体xi∈S的选择概率P(xi)所决 定的选中机会, 分N次从S中随机选定N个染色体, 并进行复制。
这里的选择概率P(xi)的计算公式为
P(xi )
f (xi )
N
f (xj)
j 1
交叉 就是互换两个染色体某些位上的基因。 例如, 设染色体 s1=01001011, s2=10010101, 交换其后4位基因, 即
U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 U9 U10
适应度值eval 4.3701 3.7654 4.9184 4.5556 2.5802 3.4671 3.6203 3.6203 1.0000 3.6203
选择概率P 0.1230 0.1060 0.1385 0.1283 0.0727 0.0976 0.1019 0.1019 0.0282 0.1019
➢ 若下述关系成立，则选择第k个染色体。
Qk1 r Qk ,Q0 0, (1 k pop size)
伪随机数表示指针 大小表示位置 所指向的染色体就是 待选择的染色体
针对本例题，首先计算适值之和
10
F eval(Uk ) 35.5178 k 1
计算各染色体选择概率、积累概率
序号NO.
对一个染色体串的适应度评价由下列三个步骤组成：
（1）将染色体进行反编码，转换成真实值。在本例中，意 味着将二进制串转为实际值：
xk (x2k ), k 1, 2,
（2）评价目标函数f（xk）。 （3）将目标函数值转为适应度值。对于极小值问题，适应 度就等于目标函数值，即
eval(Uk ) f (xk ), k 1, 2,
• 适应度函数(fitness function)就是问题中的 全体个体与其适应度之间的一个对应关。 它一般是一个实值函数。该函数就是遗传 算法中指导搜索的评价函数。
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
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。
遗传算法及其函数优化应用
遗传算法及其函数优化应用遗传算法是一种模拟生物进化过程的计算方法，通过不断迭代和优化解空间中的解，以找到问题最优解。
它模拟的是自然选择和遗传机制，适应度函数的选择对算法的效果有重要影响。
遗传算法在函数优化问题中应用广泛，本文将详细介绍遗传算法及其在函数优化中的应用。
遗传算法由多个步骤组成，包括初始化种群、选择、交叉和变异。
种群是一组解的集合，通过随机生成一组解来初始化。
每个解也称为个体，它由基因组成。
选择是根据个体的适应度值，按照一定的概率选择个体作为父代，用于产生下一代个体。
交叉是将选中的个体的基因进行随机组合，生成新的个体。
变异是以一定的概率改变个体基因的值，增加种群的多样性。
函数优化的目标是寻找函数的最小值或最大值。
在遗传算法中，需要定义适应度函数来评估每个个体的解的好坏程度。
适应度函数的选择依赖于具体的问题。
在函数优化中，适应度函数常是函数的负值，即适应度函数值越小，解越优。
遗传算法通过迭代更新种群，不断解的空间，直到找到近似最优解。
遗传算法在函数优化中的应用非常广泛。
首先，它能够处理多模态问题。
多模态问题是指函数有多个局部最优解，遗传算法通过全局能够找到这些最优解。
其次，遗传算法能够处理非线性问题，尤其是在空间大、目标函数复杂的情况下表现出色。
此外，遗传算法在大数据优化、机器学习和神经网络中的优化等方面也有广泛应用。
以函数优化举例，假设有一个目标函数f(x)=x^2+x+1，我们的目标是找到使目标函数取得最小值的x。
首先，选择适当的遗传算法参数，如种群大小、交叉和变异概率等。
然后，随机生成初始种群。
对于每个个体，计算适应度函数值。
根据适应度值选择父代个体。
进行交叉和变异操作，生成下一代个体。
迭代更新种群，直到满足停止条件。
遗传算法的函数优化应用存在一些问题，如收敛速度慢、易陷入局部最优解等。
为了解决这些问题，可以通过改变遗传算法的参数、使用不同的选择、交叉和变异操作、引入局部等策略来改进算法性能。
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。
MATLAB中的遗传算法及其应用示例
MATLAB中的遗传算法及其应用示例引言：遗传算法是一种基于自然进化规律的优化方法，适用于求解复杂的问题。
作为MATLAB的重要工具之一，遗传算法在各个领域的优化问题中被广泛应用。
本文将介绍MATLAB中的遗传算法的原理及其应用示例。
一、遗传算法的原理遗传算法（Genetic Algorithm, GA）是一种基于进化的搜索算法，源于对达尔文进化论的模拟。
它模拟了自然界中生物个体基因遗传和自然选择的过程，通过优胜劣汰和进化操作寻找问题的最优解。
遗传算法的基本步骤包括：初始化种群、适应度评估、选择、交叉、变异和进化终止准则。
在初始化阶段，种群中的个体由一组基因表示，基因可以是二进制、实数或其他形式。
适应度评估阶段根据问题的特定要求对每个个体进行评估。
选择操作通过适应度大小选择出较优的个体，形成下一代种群。
交叉操作模拟自然界中的基因交换过程，将不同个体的基因进行组合。
变异操作引入新的基因，增加种群的多样性。
经过多次迭代后，算法会逐渐收敛，并得到一个近似的最优解。
二、遗传算法的应用示例：函数优化遗传算法在函数优化问题中有广泛应用。
以一个简单的函数优化问题为例，假设我们要求解以下函数的最小值：f(x) = x^2 + 5sin(x)首先，我们需要定义适应度函数，即f(x)在给定范围内的取值。
接下来，我们需要设置参数，例如种群数量、交叉概率和变异概率等。
然后，我们可以利用MATLAB中的遗传算法工具箱，通过以下步骤实现函数的最小化求解：1. 初始化种群：随机生成一组个体，每个个体表示参数x的一个取值。
2. 适应度评估：计算每个个体在函数中的取值，得到适应度。
3. 选择：根据适应度大小选择优秀的个体。
4. 交叉：随机选择两个个体进行基因交叉。
5. 变异：对个体的基因进行变异操作，引入新的基因。
6. 迭代：重复步骤2至步骤5，直到达到迭代终止条件。
通过上述步骤，我们可以较快地找到给定函数的最小值。
在MATLAB中，我们可以使用遗传算法工具箱的相关函数来实现遗传算法的迭代过程，如'ga'函数。
遗传算法的一些改进及其应用共3篇
遗传算法的一些改进及其应用共3篇遗传算法的一些改进及其应用1遗传算法 (Genetic Algorithm) 是一种优化算法，它通过模拟生物进化过程来寻找最优解。
遗传算法最初由 J. Holland 在 1975 年提出，是模仿自然界生物的进化过程，利用选择、交叉和变异等基本遗传操作，搜索解空间中的最优解。
遗传算法优点在于能够处理复杂的非线性、多模优化问题，但在实际应用过程中存在一些问题，为了解决这些问题，对遗传算法进行了许多改进，下面介绍其中几种改进方法和应用。
改进一：精英选择策略在传统的遗传算法中，每次进行选择操作时都是随机选择个体进行交配，这导致一些较优秀的个体有可能被淘汰，因此提出了精英选择策略，即在每次进化过程中一定比例地选择适应度最好的个体，避免较好的个体被淘汰。
改进二：基因突变概率自适应策略在遗传算法中，变异操作可以增加个体的多样性，但是变异概率设置不当，可能会导致算法早熟收敛或者长时间停留在局部最优解。
为了避免这种情况，提出基因突变概率自适应策略，即根据当前代的适应度情况自适应计算变异概率，使变异概率既不过大，也不过小。
改进三：群体多样性保持策略为了保证遗传算法群体多样性，提出了数种策略：保持多样性的染色体种群操作，通过引进外来个体以增加多样性，以及通过避免重复染色体来保持多样性等方法。
应用一：函数优化函数优化是运用遗传算法的主要应用之一，它的目标是通过最小化目标函数，寻求函数的最小值或最大值。
应用遗传算法的一个优势在于它能够优化非凸性函数，而其他传统优化算法在优化过程中会陷入局部最优解。
应用二：机器学习机器学习需要寻找一个最佳的模型，而遗传算法可以用于选择合适的特征和参数，从而构建最佳的模型。
此外，遗传算法还可以用于优化神经网络的结构和权重，以提高神经网络的分类和预测性能。
应用三：工程优化遗传算法在工程中也有广泛的应用，如在电子电路设计中，可以通过遗传算法来寻找尽可能优秀的元器件匹配，从而达到最佳的电路性能。
遗传算法的基本原理和优化方法
遗传算法的基本原理和优化方法遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化方法，它模仿生物基因的变异、交叉和与环境的适应等特征，在多维空间中搜索最优解。
本文将详细介绍遗传算法的基本原理和优化方法，以及应用场景和优缺点。
一、基本原理遗传算法的基本原理是通过模拟自然选择，将每个解看作个体，将问题转化为优化个体的适应度，不断迭代，直到找到最优解。
遗传算法的实现包括解码、变异、交叉和选择四个步骤。
解码：将候选解转化为适应度函数可以处理的形式，通常是二进制编码。
变异：对个体染色体进行变异，引入随机性，增加探索性，避免陷入局部最优解。
交叉：对个体染色体进行交叉，产生新的个体，并保留原有染色体中优秀的特征。
选择：根据染色体适应度大小进行筛选，保留优秀个体，淘汰劣秀个体。
二、优化方法遗传算法的优化方法主要包括参数调整、多目标优化和约束优化三个方面。
参数调整：在遗传算法中，有很多参数需要调整，例如种群大小、变异率、交叉率等。
如何选择合适的参数可以大幅提升算法的性能。
多目标优化：多目标优化是指尝试优化多个目标函数，通常会出现一些矛盾的目标。
遗传算法可以用多个适应度函数来表示多个目标，同时生成具有多目标的优化解集。
约束优化：约束优化是指在解决问题中加入一些限制条件，通常存在矛盾。
例如，在选课问题中，学生有时间限制和课程容量限制等约束。
遗传算法可以将这些约束条件引入适应度函数，从而产生可行解。
三、应用场景遗传算法可以应用于很多场景，例如工程设计、拟合分析、图像处理等。
工程设计：在产品设计领域，遗传算法经常用于优化产品参数，比如设计飞机的翼型和大小、优化燃油效率等。
拟合分析：在拟合数据的问题中，遗传算法可以用来寻找最优曲线和最小二乘拟合。
图像处理：对于图像处理中的问题，遗传算法可以用于优化图像处理算法，例如图像分割、滤波和特征提取等。
四、优缺点遗传算法的优点在于它可以自适应地搜索解空间，在寻找全局最优解和局部最优解有较好表现。
同时，遗传算法突出了把优秀的特征从一代迁移到下一代，有很强的稳定性。