遗传算法作业参考
数学建模遗传算法例题
数学建模遗传算法例题数学建模中，遗传算法是一种基于进化思想的优化算法，可以应用于复杂的优化问题中。
本文将介绍一些遗传算法的例题，帮助读者更好地理解遗传算法的应用。
例题一：背包问题有一个体积为V的背包和n个物品，第i个物品的体积为vi，价值为wi。
求这个背包最多能装多少价值的物品。
遗传算法的解决步骤：1. 初始化种群：随机生成一定数量的个体作为初始种群。
2. 适应度函数：将每个个体代入适应度函数，计算其适应度值。
3. 选择：根据每个个体的适应度值，选择一定数量的个体进入下一代。
4. 交叉：对被选中的个体进行交叉操作，生成新的个体。
5. 变异：对新的个体进行变异操作，引入新的基因。
6. 重复以上步骤，直到符合终止条件。
在背包问题中，适应度函数可以定义为：背包中物品的总价值。
交叉操作可以选择单点交叉或多点交叉，变异操作可以选择随机变异或非随机变异。
例题二：旅行商问题有n个城市，旅行商需要依次经过这些城市，每个城市之间的距离已知。
求旅行商经过所有城市的最短路径。
遗传算法的解决步骤：1. 初始化种群：随机生成一定数量的个体作为初始种群，每个个体代表一种旅行路线。
2. 适应度函数：将每个个体代入适应度函数，计算其适应度值。
3. 选择：根据每个个体的适应度值，选择一定数量的个体进入下一代。
4. 交叉：对被选中的个体进行交叉操作，生成新的个体。
5. 变异：对新的个体进行变异操作，引入新的基因。
6. 重复以上步骤，直到符合终止条件。
在旅行商问题中，适应度函数可以定义为：旅行商经过所有城市的总距离。
交叉操作可以选择顺序交叉或部分映射交叉，变异操作可以选择交换或反转基因序列。
总结：遗传算法是一种强大的优化算法，可以应用于多种复杂的优化问题中。
在数学建模中，遗传算法的应用也越来越广泛。
本文介绍了背包问题和旅行商问题的遗传算法解决步骤，希望对读者有所帮助。
遗传算法 例题 详解
遗传算法例题详解遗传算法是一种模拟自然选择和遗传机制的优化方法，它模拟了生物进化的过程，通过模拟种群的遗传变异和适应度选择，寻找最优解。
下面我们以一个简单的例题来详细解释遗传算法的原理和应用。
假设我们要解决一个简单的优化问题，找到函数 f(x) = x^23x + 4 的最小值，其中 x 的取值范围在 [0, 5] 之间。
首先，我们需要定义遗传算法的基本要素：1. 个体表示，在这个例子中，个体可以用一个实数来表示，即x 的取值。
2. 适应度函数，即要优化的目标函数，对于这个例子就是 f(x) = x^2 3x + 4。
3. 遗传操作，包括选择、交叉和变异。
接下来，我们用遗传算法来解决这个优化问题：1. 初始化种群，随机生成一定数量的个体作为初始种群。
2. 评估适应度，计算每个个体的适应度，即计算函数 f(x) 的值。
3. 选择操作，根据个体的适应度来选择父代个体，适应度越高的个体被选中的概率越大。
4. 交叉操作，对选中的父代个体进行交叉操作，生成新的个体。
5. 变异操作，对新生成的个体进行变异操作，引入一定的随机性。
6. 重复步骤2-5，直到满足停止条件（如达到迭代次数或找到满意的解）。
通过不断地迭代选择、交叉和变异操作，种群中的个体将不断进化，最终找到函数的最小值对应的 x 值。
在上述例题中，遗传算法通过模拟自然选择和遗传机制，不断优化种群中个体的适应度，最终找到了函数 f(x) = x^2 3x + 4 的最小值对应的 x 值。
这个例子展示了遗传算法在优化问题中的应用，它能够有效地搜索解空间，找到全局最优解或者接近最优解的解。
遗传算法在实际应用中有着广泛的应用，如工程优化、机器学习、数据挖掘等领域。
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。
遗传算法求解优化问题实例
遗传算法求解优化问题实例
一个常见的优化问题是旅行商问题（Traveling Salesman Problem，TSP）。
给定一组城市和每对城市之间的距离，旅行商问题要求找到一条经过所有城市一次且回到起点的最短路径。
以下是使用遗传算法求解TSP的实例：
1. 随机生成一个初始种群，种群中的每个个体表示一条路径。
每个个体由一个城市序列表示，例如[1, 2, 3, ..., n]，其中n是城市的数量。
2. 计算种群中每个个体的适应度。
适应度可以定义为路径的总长度，即经过所有城市的距离之和。
3. 选择适应度较高的个体作为父代，进行交叉和变异操作以生成新的子代。
交叉操作可以是将两条路径的一部分交换，变异操作可以是随机改变路径中的一个或多个城市顺序。
4. 计算新生成的子代的适应度。
5. 重复步骤3和4，直到达到终止条件（例如达到最大迭代次数）。
6. 返回适应度最好的个体作为最优解，即最短路径。
遗传算法的优势在于可以在大规模问题中寻找较好的解，虽然不一定能找到最佳解，但可以得到相对较优的解。
遗传算法经典实例
遗传算法经典实例遗传算法是一种从若干可能的解决方案中自动搜索最优解的算法，它可以用来解决各种复杂的优化问题，是进化计算的一种。
它的基本过程是：对初始种群的每个个体都估计一个适应度值，并从中选择出最优的个体来作为新一代的父本，从而实现进化的自然演化，经过几代的迭代最终得到最优的解。
在许多复杂的优化问题中，遗传算法能产生比其它方法更优的解。
下面，我们将列出几个典型的遗传算法经典实例，以供参考。
1.包问题背包问题可以分解为：在一定的物品中选择出最优的物品组合需求，在有限的背包中装入最大价值的物品组合。
针对这个问题，我们可以使用遗传算法来求解。
具体而言，首先，需要构建一个描述染色体的数据结构，以及每个染色体的适应度评估函数。
染色体的基本单元是每个物品，使用0-1二进制编码表示该物品是否被选取。
然后，需要构建一个初始种群，可以使用随机生成的方式，也可以使用经典进化方法中的锦标赛选择、轮盘赌选择或者较优概率选择等方法生成。
最后，使用遗传算法的基本方法进行迭代，直至得出最优解。
2.着色问题图着色问题是一个比较复杂的问题，它涉及到一个无向图的节点和边的颜色的分配。
其目的是为了使相邻的节点具有不同的颜色，从而尽可能减少图上边的总数。
此问题中每种可能的颜色可以看作一个个体。
染色体中每个基因对应一条边，基因编码可以表示边上节点的着色颜色。
求解这个问题，我们可以生成一个初始群体，通过计算它们的适应度量，然后使用遗传算法的基本方法进行迭代，直至收敛于最优解。
3.舍尔旅行商问题费舍尔旅行商问题是一个求解最短旅行路径的问题，它可以分解为：从起点到终点访问给定的一组城市中的每一个城市，并且回到起点的一个最短旅行路径的搜索问题。
用遗传算法求解费舍尔旅行商问题，通常每个个体的染色体结构是一个由城市位置索引构成的序列，每个索引对应一个城市，表示在旅行路径中的一个节点，那么该路径的适应度就是城市之间的距离和，通过构建一个初始种群，然后结合遗传算法中的进化方法，如变异、交叉等进行迭代，最终得出最优解。
遗传算法的一些实例
引言概述遗传算法是一种启发式优化算法，其灵感来源于生物进化理论，主要用于解决复杂的优化问题。
通过模拟生物进化的过程，遗传算法能够通过遗传变异和适应度选择来优秀的解决方案。
本文将通过一些实例来说明遗传算法的应用。
正文内容一、机器学习中的遗传算法应用1.基因选择：遗传算法可以用于寻找机器学习模型中最佳的特征子集，从而提高模型的性能。
2.参数优化：遗传算法可以用于搜索机器学习模型的最佳参数组合，以获得更好的模型效果。
3.模型优化：遗传算法可以用于优化机器学习模型的结构，如神经网络的拓扑结构优化。
二、车辆路径规划中的遗传算法应用1.路径优化：遗传算法可以应用于车辆路径规划中，通过遗传变异和适应度选择，寻找最短路径或者能够满足约束条件的最优路径。
2.交通流优化：遗传算法可以优化交通系统中的交通流，通过调整信号灯的时序或者车辆的路径选择，减少拥堵和行程时间。
三、物流配送中的遗传算法应用1.车辆调度：遗传算法可用于优化物流配送的车辆调度问题，通过遗传变异和适应度选择，实现车辆最优的配送路线和时间安排。
2.货物装载：遗传算法可以用于优化物流运输中的货物装载问题，通过遗传变异和适应度选择，实现货物的最优装载方式。
四、生物信息学中的遗传算法应用1.序列比对：遗传算法可以用于生物序列比对问题，通过遗传变异和适应度选择，寻找最佳的序列匹配方案。
2.基因组装：遗传算法可以用于基因组装问题，通过遗传变异和适应度选择，实现基因组的最优组装方式。
五、电力系统中的遗传算法应用1.能源调度：遗传算法可用于电力系统中的能源调度问题，通过遗传变异和适应度选择，实现电力系统的最优能源调度方案。
2.电力负荷预测：遗传算法可以用于电力负荷预测问题，通过遗传变异和适应度选择，实现对电力负荷的准确预测。
总结遗传算法在机器学习、车辆路径规划、物流配送、生物信息学和电力系统等领域都有广泛的应用。
通过遗传变异和适应度选择的策略，遗传算法能够搜索到最优解决方案，从而优化问题的求解。
03第三章 遗传算法
第三章遗传算法习题与答案1.填空题（1）遗传算法的缩写是，它模拟了自然界中过程而提出，可以解决问题。
在遗传算法中，主要的步骤是、、。
（2）遗传算法的三个算子是、、。
解释：本题考查遗传算法的基础知识。
具体内容请参考课堂视频“第3章遗传算法”及其课件。
答案：（1）GA，生物进化，全局优化，编码，计算适应度函数，遗传算子（2）选择，交叉，变异2.对于编码长度为7的二进制编码，判断以下编码的合法性。
（1）[1020110]（2）[1011001]（3）[0110010]（4）[0000000]（5）[2134576]解释：本题考查遗传算法的二进制编码的合法性。
具体内容请参考课堂视频“第3章遗传算法”及其课件。
答案：（1）[1020110]不合法，不能出现“2”（2）[1011001]合法（3）[0110010]合法（4）[0000000]合法（5）[2134576]不合法，不能出现0、1以外的数字3.下图能够基本反映生物学遗传与优胜劣汰的过程。
理解该图，联想计算类问题求解，回答下列问题。
（1）下列说法正确的是_____。
（多选）A）任何一个生物个体的性状是由其染色体确定的，染色体是由基因及其有规律的排列所构成的，因此生物个体可由染色体来代表。
B）生物的繁殖过程是通过将父代染色体的基因复制到子代染色体中完成的，在复制过程中会发生基因重组或基因突变。
基因重组是指同源的两个染色体之间基因的交叉组合，简称为“杂交/交配”。
基因突变是指复制过程中基因信息的变异，简称“突变”。
C）不同染色体会产生不同生物个体的性状，其适应环境的能力也不同。
D）自然界体现的是“优胜劣汰，适者生存”的丛林法则。
不适应环境的生物个体将被淘汰，自然界生物的生存能力会越来越强。
解释：本题考核对生物遗传观点以及所给图片的理解。
具体内容请参考课堂视频“第3章遗传算法”及其课件。
答案：A、B、C、D关于生物遗传进化的基本观点如下：（1）生物的所有遗传信息都包含在其染色体中，染色体决定了生物的性状。
遗传算法实例参考
05 遗传算法实例：其他问题
问题描述
旅行商问题
给定一系列城市和每对城市之间 的距离，要求找出一条旅行路线， 使得每个城市恰好经过一次并最 终回到起始城市，且总距离最短。
背包问题
给定一组物品和它们的价值、重 量，要求在不超过背包承重限制 的情况下，选择一些物品放入背 包，使得背包中物品的总价值最 大。
2
在调度问题中，常用的编码方式包括二进制编码、 整数编码和实数编码等。
3
二进制编码将每个任务表示为一个二进制串，串 中的每个比特代表一个时间点，1表示任务在该 时间点执行，0表示不执行。
适应度函数
01
适应度函数用于评估解的优劣程度。
02
在调度问题中，适应度函数通常根据总成本计算得出，总成 本越低，适应度越高。
旅行商问题（Traveling Salesman Problem, TSP）是一个经典的组合优化问题， 旨在寻找一条旅行路线，使得一个销售代表能够访问所有指定的城市，并最后返回 出发城市，且所走的总距离最短。
问题可以描述为：给定一个包含n个城市的集合，以及每对城市之间的距离，求 一条总距离最短的旅行路线。
函数优化
用于求解多峰函数、离散函数等复杂函数的 最大值或最小值问题。
机器学习
用于支持向量机、神经网络等机器学习模型 的参数优化。
组合优化
用于求解如旅行商问题、背包问题、图着色 问题等组合优化问题。
调度与分配问题
用于求解生产调度、车辆路径规划、任务分 配等问题。
02 遗传算法实例：旅行商问 题
问题描述
交叉操作
• 交叉操作是将两个个体的部分基因进行交换，以 产生新的个体。常用的交叉方法有单点交叉、多 点交叉等。在背包问题中，可以采用单点交叉方 法，随机选择一个交叉点，将两个个体的基因进 行交换。
第9章怎样研究算法遗传算法示例练习题答案解析
第9章怎样研究算法:遗传算法示例1、P类问题、NP类问题、NPC类问题是计算机科学领域关于可求解性可计算性很重要的概念。
关于P、NP和NPC类问题，回答下列问题。
(1)下列说法不正确的是_____。
(A) P类问题是计算机可以在有限时间内能够求解的问题；(B) NP类问题是计算机可以在有限时间内能够验证“解”的正确性的问题；(C) NPC类问题是对问题的每一个可能解，计算机都可以在有限时间内验证“解”的正确性的问题，被称为NP完全问题；(D)上述说法有不正确的；答案：D解释：本题考核P类问题、NP类问题、NPC类问题的概念。
P类问题指计算机可以在有限时间内求解的问题，(A)正确；NP类问题指虽然在多项式时间内难于求解但不难判断给定一个解的正确性问题，(B)正确；NPC问题指NP问题的所有可能答案都可以在多项式时间内进行正确与否的验算，称为NP-Complete问题，(C)正确；(A)(B)(C)都正确，所以(D)错误。
具体内容请参考第九章视频之“可求解与难求解问题”以及第九章课件。
(2)可解性问题是指能够找到多项式时间复杂性算法进行求解的问题，难解性问题是指找不到多项式时间复杂性算法进行求解的问题。
下列说法不正确的是_____。
(A) P类问题是可解性问题，NP类问题是难解性问题。
(B) NP类问题不一定是难解性问题，因为P类问题也一定是NP类问题；(C) NP类问题不确定是否是P类问题，但NPC类问题一定是难解性问题；(D)上述说法有不正确的；答案：A解释：本题考核对可解性问题和难解性问题概念的理解。
P类问题指计算机可以在有限时间内求解的问题，所以是可解性问题；NP类问题指虽然在多项式时间内难于求解但不难判断给定一个解的正确性问题，但P类问题是NP类问题的一个子集，所以NP类问题不一定是难解性问题；NPC问题指NP问题的所有可能答案都可以在多项式时间内进行正确与否的验算，称为NP-Complete问题，是难解性问题，综上，(A)错误。
遗传算法实例
1.比较分析()()210sin +=x x x f π，[]2,1-∈x2. Schaffer 函数 F6： ()()[]222212221221001.00.15.0sin5.0,xxx x x x f ++-+-=，100100≤≤-i x ，2,1=i该函数是由J.D.Schaffer 等提出的,它有无限个局部极大点，只有一个全局最大值点()10,0=f，此函数最大值峰周围有一圈脊，它们的取值均为0.990283，由于它的强烈振荡图6-8 Schaffer 函数 F6图像Fig.6-8 image of Schaffer function F6性质以及它的全局最优点被次优点所包围的特性使得一般算法很难找到它的全局最优点,因此很容易停滞在局部极大点。
本文采用具有变动搜索空间能力的子空间更新遗传算法有效地解决此问题。
3. Schaffer 函数 F2:()()[]22221222122101.00.15.0sin5.0,xxx x x x f ++-++=,100100≤≤-i x ,2,1=i图6-1 Schaffer 函数 F2图像 Fig.6-1 image of Schaffer function F2虽然该函数在其定义域内只有一个全局最小值点()00,0=f 。
但由于变量的取值范围大,采用传统的直接搜索法求解时,因搜索空间太大而无法求得全局最优解,采用 SGA 搜索时,由于其局部搜索能力差,因而需要设置相当大的种群规模,需耗费巨大的计算量以得到全局最优解。
如何有效地求解这类搜索空间巨大的全局优化问题一直是人们关注的一个焦点。
本文采用加强局部搜索能力的子空间更新遗传算法有效地解决此问题。
4. Needle-in-a-haystack 函数：（李敏强，2002） ()()()22222205.00.3,y x y x y x f ++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=，12.512.5≤≤-ix，2,1=i图6-15 Needle-in-a-haystack 函数图像Fig.6-15 image of Needle-in-a-haystack function此函数有4个局部极值点函数值均为2748.78，只有一个全局最大值()36000,0=f ，极值点跨度较大，该函数将形成不同严重程度的GA 欺骗问题，当模式欺骗性将搜索过程引向欺骗引子，SGA 只能在局部极值点邻域内搜索，最终收敛于局部极值点（4个局部极值点的随机选择），当遗传算子克服了模式欺骗之后，则将群体搜索方向扭转到全局最优解所在的邻域，最终收敛于全局最优解。
南京航空航天大学遗传算法大作业
end
end
end
popm_sel=popm_sel(1:nn,:);
[len_m len_index]=min(len_1);
popm_sel=[popm_sel;popm(len_index,:)];
nnper=randperm(nn);
A=popm_sel(nnper(1),:);
若所建的数学模型有显函数形式，需绘出该函数图像；要求尽可能发挥自己的想像力和创造力，提出新问题、新解法，若问题过于复杂，无法写出目标函数求解过程中的一些中间量，可略去其过程，论述清楚你所选择的其它辅助软件或工具的功能及其与智能算法程序的连接思想或方法即可；具体要求在大作业中有问题描述和理论分析、图像或曲线、结果输出、程序源代码等，并提交电子版，任何人的程序不得重复，否则按不及格论处！！！
for i=1:nn*Pc
[A,B]=cross(A,B);
popm_sel(nnper(1),:)=A;
popm_sel(nnper(2),:)=B;
end
for i=1:nn
pick=rand;
while pick==0
pick=rand;
end
if pick<=Pmutation
popm_sel(i,:)=Mutation(popm_sel(i,:));
figure(2);
plot_route(pos,R);
axis([-3 3 -3 3]);
fitness=zeros(M,1);
len=zeros(M,1);
for i=1:M
len(i,1)=myLength(D,popm(i,:));
end
maxlen=max(len);
《遗传算法实例参考》课件
遗传算法是一种模拟自然选择和遗传 机制的优化算法，通过模拟生物进化 过程中的基因遗传和变异过程来寻找 最优解。
特点
遗传算法具有全局搜索能力、隐含并 行性、自适应性、对初始条件要求不 高、鲁棒性强等优点。
遗传算法的基本原理
适应度函数
根据问题的目标函数来定义适 应度函数，用于评估每个个体 的适应度。
机器学习
用于支持向量机、神经网络等机器 学习模型的参数优化。
03
02
组合优化
用于求解如旅行商问题、背包问题 等组合优化问题。
调度与控制
用于生产调度、机器人路径规划等 控制系统的优化。
04
PART 02
遗传算法的实现步骤
初始化种群
初始解的产生
在遗传算法的开始阶段，需要随机生成一组初始解，这组解被称为种群。每个解 都是问题的一个潜在解决方案。
交叉操作
单点交叉（One-Point Crossover）
随机选择一个交叉点，将两个父代解在该点后的部分进行交换，形成两个子代解。
优点
能够引入新的解，增加解的多样性。
变异操作
要点一
位反转变异（Bit-Flip Mutation ）
随机选择解中的一个位进行取反操作，以增加解的随机性 。
要点二
优点
能够防止算法陷入局部最优解，提高全局搜索能力。
PART 05
遗传算法实例：求解约束 优化问题
问题描述
求解约束优化问题
遗传算法可以用于求解具有约束条件的优 化问题，例如在物流、生产计划、金融等
领域中常见的优化问题。
约束条件
限制决策变量取值的条件，可以是等式或 不等式约束。
目标函数
需要最小化或最大化的目标函数，通常是 一个数学表达式，代表了问题的优化目标 。
遗传算法求解实例
yjl.m :简单一元函数优化实例，利用遗传算法计算下面函数的最大值f (x) =xsin( 10 二* x) 2.0，x • [-1,2]选择二进制编码，种群中个体数目为40,每个种群的长度为20，使用代沟为0.9,最大遗传代数为25len lbub scale lbin译码矩阵结构: FieldD code译码矩阵说明:len -包含在Chrom中的每个子串的长度，注意sum(len)=length(Chrom);lb、ub -行向量，分别指明每个变量使用的上界和下界；code -二进制行向量，指明子串是怎样编码的，code(i)=1为标准二进制编码，code(i)=0则为格雷编码；scale -二进制行向量，指明每个子串是否使用对数或算术刻度，scale(i)=0为算术刻度，scale(i)=1则为对数刻度；lbin、ubin -二进制行向量，指明表示范围中是否包含每个边界，选择lbin=0或ubin=0,表示从范围中去掉边界；lbin=1或ubin=1则表示范围中包含边界；注：增加第22 行：variable=bs2rv(Chrom, FieldD);否则提示第26 行plot(variable(l), Y, 'bo');中variable(I)越界yj2.m :目标函数是De Jong函数，是一个连续、凸起的单峰函数，它的M文件objfun1包含在GA工具箱软件中，De Jong函数的表达式为：n2f (x) = ' X j , 一512 乞X j E 512i d这里n是定义问题维数的一个值，本例中选取n=20，求解min f (x)，程序主要变量：NIND (个体的数量)：=40;MAXGEN (最大遗传代数)：=500；NVAR (变量维数)：=20 ；PRECI (每个变量使用多少位来表示)：=20；GGAP (代沟)：=0.9注：函数objfun1.m 中switch改为switch1，否则提示出错，因为switch为matlab保留字，下同！yj3.m :多元多峰函数的优化实例，Shubert函数表达式如下，求min f (x)【shubert.m 】f(x 「X 2)= 7 i cos[( i T)*X t i]*7 i cos[( i ■ 1) * x 2 - i] ,- 10 乞 X t , x 2 乞 10i丄i注：第10行各变量的上下限改为[-10;10]，原来为[-3;3];第25行改为：[Y, l]=min(ObjV);原来为[Y, I]=min(ObjVSel);以此将染色体的个 体值与shubert()函数值对应起来， 原表达式不具有 shubert()函数自变量和应变量的对应关系yj4.m :收获系统最优控制，收获系统(Harvest)是一个一阶的离散方程，表达式为x(k T) = a*x(k) - u (k) , k =1, 2,…，N-s.t. x(0)为初始条件x(k)三R 为状态变量u(k 厂R ■为控制输入变量精确优化解:用遗传算法对此问题求解， x(0) =100 , > -1.1，控制步骤N=20 ,决策变量u (k) 个数 NVAR=20, u(k) •二[0,200 ]注：第 20行语句原为：Chrom=crtrp(NIND,FieldDD);改为：Chrom=crtrp(SUBPOP*NIND,FieldDD);运行提示：Warning: File: D:\MA TLAB6p5\toolbox\gatbx\CRTRP .M Line: 34 Column: 19 Variable 'nargin' has bee n previously used as a function n ame. (Type "warni ngoff MATLAB:mir_warni ng_variable_used_as_fu nctio n"tosuppress this warnin g.)yj5.m :装载系统的最优问题，装载系统是一个二维系统，表达式如下X 1 ( k ' 1) = X 2 (k)丄 丄1x 2(k -1) =2 * x 2 (k) —X t (k)^u(k)N目标函数： 1Nf (x,u) - -X t (N 1)u (k)2N k 亠N _1理论最优解： min f (x, u) = _ 1 ■_ - — k 23 6N 2 N k 二目标函数: Nf(x,u)工 J u(k)k40.4 20x( N ) - x(0)k =1, 2,…，Nmax f (x)=Nx(0)(a -1) ~N 」 a (a -1)用遗传算法对此问题求解，x(0) =[0 0],控制步骤N=20,决策变量u(k)个数NVAR=20 , u(k)三[0,10]注：增加第32-35行语句，功能为实现每隔MIGGEN=20代，以迁移率MIGR=0.2在子种群之间迁移个体，增加这几行语句之前求得目标函数最小值为-0.1538，增加这几行语句之后求得目标函数最小值为-0.1544，目标函数理论最优值为-0.1544.yj6.m :离散二次线性系统最优控制问题，其一维二阶线性系统表达式如下：x(k 1)=a*x(k) b*u(k) , k =1, 2,…，N目标函数：N2 2 2f(x,u) =q*x(n 亠1)亠二[s * x( k)亠r*u(k)]k z1参数设置：求min f (x, u)yj7.m :目标分配问题描述为：m个地空导弹火力单元对n批空袭目标进行目标分配。
北航最优化方法大作业参考
北航最优化方法大作业参考旅行商问题是一个经典的组合优化问题，目标是找到一条最短路径，使得旅行商能够在访问所有城市后回到起始城市。
在实际应用中，旅行商问题有着广泛的应用，例如物流配送、城市规划等领域。
为了解决旅行商问题，我们可以采用启发式算法，其中一个常用的方法是遗传算法。
遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法，通过模拟生物遗传的选择、交叉和变异等操作，逐步优化问题的解。
首先，我们需要对问题进行建模。
假设有N个城市，我们可以通过一个N*N的距离矩阵来表示各个城市之间的距离。
同时，我们需要定义一个染色体表示一条路径，其中每个基因表示一个城市的编号。
接下来，我们可以采用遗传算法来求解最优解。
遗传算法一般包括以下几个步骤：1.初始化种群：随机生成初始的染色体种群，每个染色体都表示一条路径。
2.适应度评价：根据染色体的路径长度来评估每个染色体的适应度，路径越短适应度越高。
3.选择操作：选择适应度较高的染色体作为父代，采用轮盘赌选择算法确定父代。
4.交叉操作：采用部分映射交叉算子对父代进行交叉操作，生成新的子代。
5.变异操作：对子代进行变异操作，以增加种群的多样性。
6.环境选择：根据适应度选择下一代种群，同时保留精英个体，避免解的丢失。
7.终止条件：当达到预设的迭代次数或者达到最优解时，终止算法。
通过以上步骤的迭代，我们可以逐步优化路径的长度，最终得到一条最短路径。
除了遗传算法，我们还可以尝试其他的优化算法，例如模拟退火算法、蚁群算法等。
这些算法在求解旅行商问题时都有一定的优势和适用性。
总结起来，旅行商问题是一个经典的组合优化问题，在北航最优化方法大作业中可以选择使用启发式算法来解决。
我们可以尝试使用遗传算法来求解最优路径，并根据实际情况选择合适的算法参数和终止条件。
通过不断地迭代和优化，我们可以得到一条最短路径，满足旅行商的需求。
以上是关于北航最优化方法大作业的参考内容，希望对你的写作有所帮助。
如果有其他疑问，欢迎继续提问。
遗传算法例题详解
遗传算法例题详解
遗传算法是一种优化搜索算法，它模拟了自然界的遗传和进化过程。
在遗传算法中，解被称为“个体”，种群是由多个个体组成，而整个搜索空间则被称为“问题域”。
遗传算法的步骤包括：初始化种群、计算适应度函数、选择、交叉和变异。
以下是这些步骤的详细解释：
1. 初始化种群：这一步是随机生成一定数量的初始解，这些解构成了初始种群。
例如，在求解一个多维函数最大值的问题中，可以随机生成一组多维向量作为初始解。
2. 计算适应度函数：适应度函数用于评估每个个体的适应度，即其优劣程度。
根据问题的不同，适应度函数会有所不同。
例如，在求解多维函数最大值的问题中，适应度函数可以定义为个体的目标函数值。
3. 选择：根据个体的适应度大小选择个体，适应度高的个体被选择的概率更大。
选择操作模拟了自然界中的“适者生存”原则。
4. 交叉：在这一步中，选择出来的两个个体按照一定的概率进行交叉操作，产生新的个体。
交叉操作模拟了自然界中的基因交叉现象，有助于产生更优秀的后代。
5. 变异：变异操作是在个体的基因中随机改变某些基因的值，以增加种群的多样性。
变异操作模拟了自然界中的基因突变现象。
通过以上步骤，遗传算法可以在搜索空间中寻找到最优解。
需要注意的是，遗传算法是一种启发式搜索算法，其结果可能会受到初始种群和参数设置的影响。
因此，在实际应用中，可能需要多次运行算法并调整参数以获得更好的结果。
遗传算法及蚂蚁算法作业
（1）用遗传算法来做：第一步：确定决策变量及其约束条件s.t. -5<=x<=5第二步：建立优化模型第三步：确定编码方法，用长度为50位的二进制编码串来表示决策变量x第四步：确定解码方法第五步：确定个体评价方法个体的适应度取为每次迭代的最小值的绝对值加上目标函数值，即第六步：确定参数本题种群规模n=30,迭代次数ger=200,交叉概率pc=0.65,变异概率pm=0.05代码：clear all;close all;clc;tic;n=30;ger=200;pc=0.65;pm=0.05;% 生成初始种群v=init_population(n,50);[N,L]=size(v);disp(sprintf('Number of generations:%d',ger));disp(sprintf('Population size:%d',N)); disp(sprintf('Crossover probability:%.3f',pc)); disp(sprintf('Mutation probability:%.3f',pm));% 待优化问题xmin=-5;xmax=5;ymin=-5;ymax=5;f='-(2-exp(-(x.^2+y.^2)))';[x,y]=meshgrid(xmin:0.1:xmax,ymin:0.1:ymax);vxp=x;vyp=y;vzp=eval(f);figure(1);mesh(vxp,vyp,-vzp);hold on;grid on;% 计算适应度，并画出初始种群图形x=decode(v(:,1:25),xmin,xmax);y=decode(v(:,26:50),ymin,ymax);fit=eval(f);plot3(x,y,-fit,'k*');title('(a)染色体的初始位置');xlabel('x');ylabel('y');zlabel('f(x,y)');% 迭代前的初始化vmfit=[];vx=[];it=1; % 迭代计数器% 开始进化while it<=ger% Reproduction(Bi-classist Selection) vtemp=roulette(v,fit);% Crossoverv=crossover(vtemp,pc);% MutationM=rand(N,L)<=pm;%M(1,:)=zeros(1,L);v=v-2.*(v.*M)+M;% Resultsx=decode(v(:,1:25),xmin,xmax);y=decode(v(:,26:50),ymin,ymax);fit=eval(f);[sol,indb]=max(fit); % 每次迭代中最优目标函数值v(1,:)=v(indb,:);fit_mean=mean(fit); % 每次迭代中目标函数值的平均值vx=[vx sol];vmfit=[vmfit fit_mean];it=it+1;end%%%% 最后结果disp(sprintf('\n')); %空一行% 显示最优解及最优值disp(sprintf('Maximumfound[x,f(x)]:[%.4f,%.4f,%.4f]',x(indb),y(indb),-sol));% 图形显示最优结果figure(2);mesh(vxp,vyp,-vzp);hold on;grid on;plot3(x,y,-fit,'r*');title('染色体的最终位置');xlabel('x');ylabel('y');zlabel('f(x,y)');% 图形显示最优及平均函数值变化趋势figure(3);plot(-vx);%title('最优,平均函数值变化趋势');xlabel('Generations');ylabel('f(x)');hold on;plot(-vmfit,'r');hold off;runtime=toc运行结果：Maximum found[x,f(x)]:[0.0033,0.0017,1.0000]（2）用蚁群算法来做代码:% Ant main programclear all;close all;clc;tic;Ant=100;xmin=-5;xmax=5;ymin=-5;ymax=5;tcl=0.05;f='-(2-exp(-(x.^2+y.^2)))'; % 待优化的目标函数[x,y]=meshgrid(xmin:tcl:xmax,ymin:tcl:ymax);vxp=x;vyp=y;vzp=eval(f);figure(1);mesh(vxp,vyp,-vzp);hold on;% 初始化蚂蚁位置for i=1:AntX(i,1)=(xmin+(xmax-xmin)*rand(1));X(i,2)=(ymin+(ymax-ymin)*rand(1));% T0----信息素,函数值越大,信息素浓度越大T0(i)=exp(-(X(i,1).^2+X(i,2).^2))-2;endplot3(X(:,1),X(:,2),-T0,'k*');grid on;title('蚂蚁的初始分布位置');xlabel('x');ylabel('y');zlabel('f(x,y)');% 开始寻优for i_ger=1:GerP0=0.2; % P0----全局转移选择因子P=0.8; % P ----信息素蒸发系数lamda=1/i_ger; % 转移步长参数[T_Best(i_ger),BestIndex]=max(T0);for j_g=1:Ant % 求取全局转移概率r=T0(BestIndex)-T0(j_g);Prob(i_ger,j_g)=r/T0(BestIndex);endfor j_g_tr=1:Antif Prob(i_ger,j_g_tr)<P0temp1=X(j_g_tr,1)+(2*rand(1)-1)*lamda;temp2=X(j_g_tr,2)+(2*rand(1)-1)*lamda;elsetemp1=X(j_g_tr,1)+(xmax-xmin)*(rand(1)-0.5);temp2=X(j_g_tr,2)+(ymax-ymin)*(rand(1)-0.5);endif temp1<xmintemp1=xmin;endif temp1>xmaxtemp1=xmax;endif temp2<ymintemp2=ymin;endif temp2>ymaxtemp2=ymax;endif-(2-exp(-(temp1.^2+temp2.^2)))>-(2-exp(-(X(j_g_tr,1).^2+X(j_g_tr,2).^2)))X(j_g_tr,1)=temp1;X(j_g_tr,2)=temp2;endend%信息素更新for t_t=1:AntT0(t_t)=(1-P)*T0(t_t)-(2-exp(-(X(t_t,1).^2+X(t_t,2).^2)));end[c_iter,i_iter]=max(T0);maxpoint_iter=[X(i_iter,1),X(i_iter,2)];max_local(i_ger)=-(2-exp(-(X(i_iter,1).^2+X(i_iter,2).^2)));%将每代全局最优解存到max_global矩阵中if i_ger>=2if max_local(i_ger)>max_global(i_ger-1)max_global(i_ger)=max_local(i_ger);elsemax_global(i_ger)=max_global(i_ger-1);endelsemax_global(i_ger)=max_local(i_ger);endend% % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % %% %figure(2);mesh(vxp,vyp,-vzp);hold on;x=X(:,1);y=X(:,2);plot3(x,y,-eval(f),'b*');hold on;grid on;title('蚂蚁的最终分布位置');xlabel('x');ylabel('y');zlabel('f(x,y)');figure(3);plot(1:Ger,-max_global,'b-')hold on;title('最优函数值变化趋势');xlabel('iteration');ylabel('f(x)');grid on;[c_max,i_max]=max(T0);maxpoint=[X(i_max,1),X(i_max,2)]maxvalue=-(2-exp(-(X(i_max,1).^2+X(i_max,2).^2)))runtime=toc结果：maxvalue =1.0000题目2：利用蚁群算法求下面加权有向图中从A到G的最短路：解：第一步：初始化N只蚂蚁，也就是N条道路第二步：初始化运行参数，开始迭代第三步：在迭代步数范围之内，计算转移概率，如果小于全局转移概率就进行小范围的搜索，否则就进行大范围的搜索第四步：更新信息素，记录状态，准备进行下一次迭代第五步：转第三步第六步：输出结果代码：function shortroad_ant_main% Ant main programclear all;close all;clc;%清屏tic;%计时开始Ant=50;Ger=100;%运行参数初始化power=[0 5 3 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100;100 0 100 1 3 6 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100;100 100 0 100 8 7 6 100 100 100 100 100 100 100 100 100;100 100 100 0 100 100 100 6 8 100 100 100 100 100 100 100;100 100 100 100 0 100 100 3 5 100 100 100 100 100 100 100;100 100 100 100 100 0 100 100 3 3 100 100 100 100 100 100;100 100 100 100 100 100 0 100 8 4 100 100 100 100 100 100;100 100 100 100 100 100 100 0 100 100 2 2 100 100 100 100;100 100 100 100 100 100 100 100 0 100 100 1 2 100 100 100;100 100 100 100 100 100 100 100 100 0 100 3 3 100 100 100;100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 0 100 100 3 5 100;100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 0 100 5 2 100;100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 0 6 6 100; 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 0 100 4; 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 0 3; 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 0];[PM PN]=size(power);% 初始化蚂蚁位置v=init_population(Ant,PN);v(:,1)=1;v(:,PN)=1;%始点和终点纳入路径%把距离当信息素浓度fit=short_road_fun(v,power);%距离越小越好，所以要和信息素浓度相对应。
遗传算法的应用实例
遗传算法的应用实例遗传算法（GeneticAlgorithm,GA）是一种基于自然选择和遗传的启发式搜索算法，它模拟了自然界的进化过程，结合了随机搜索和精确搜索的有效思想，源于两大领域：生物进化论和人工智能，过不断进化有效地找出给定问题的最优解。
GA够被广泛应用在复杂的优化问题中，如路径优化、资源优化、物流规划、工厂调度、程序测试等。
其中，最常见的应用实例是对最短路径优化，该问题在各个领域都能得到应用，如出行路线选择、物流布线、网络节点排布等。
在下面的案例中，主要利用GA找出了一条实现权重最小的最短路径，其中每条边都有一定的权重，整个任务的目标是找出路径权重和最小的路径。
首先，我们根据需求对这个问题进行抽象建模，无论所求路径是一条直线或是折线，我们都把它抽象为一个图结构，每一条边都有固定的权重，两两点之间存在一条边。
在这里，我们把每一条边都赋予一个权重，这样，每一条路径的权重就是所有边的权重和。
接下来，我们就可以开始使用GA寻找解法了。
在这里，首先要确定GA的参数，这就需要针对实际解决问题的需要灵活调整，比如种群大小、交叉概率、突变概率等等。
创建种群是GA遗传过程的第一步，它是根据GA参数随机生成的个体序列，每一个个体由多个基因编码而成，每个个体都有可能是最优解，对于我们本案例中，每个个体就会包含一条路径。
进行进化计算后，GA会在有限的迭代次数内收敛到最优的解，由于本案例的搜索空间较小，不需要太多的迭代次数，便可以得到最优解。
最后，GA得出的最优路径是这个：A->B->C->D->E->F->G->H->I->J，该路径的涉及的总权重和最小，符合我们的预期。
通过以上分析，GA的功能和可行性得到了验证，它不仅能够解决复杂的最短路径优化问题，还能在有限的时间内有效搜索出最优解。
它已被广泛应用于交通规划、航空路线优化等领域。
GA作为一种不同于传统算法的启发式搜索方法，也有一定的局限性，比如在求解路线最优化问题时，如果路径太复杂，导致分析困难，GA的性能就会受到影响；另外，GA的进化过程受到种群初始化的影响，若次优解所占比例过多，从而影响最终找到最优解，这也是GA最大的缺点。
遗传算法简单易懂的例子
遗传算法简单实例为更好地理解遗传算法的运算过程，下面用手工计算来简单地模拟遗传算法的各个主要执行步骤。
例：求下述二元函数的最大值：(1) 个体编码遗传算法的运算对象是表示个体的符号串，所以必须把变量x1, x2 编码为一种符号串。
本题中，用无符号二进制整数来表示。
因 x1, x2 为 0 ~ 7之间的整数，所以分别用3位无符号二进制整数来表示，将它们连接在一起所组成的6位无符号二进制数就形成了个体的基因型，表示一个可行解。
例如，基因型 X＝101110 所对应的表现型是：x＝[ 5，6 ]。
个体的表现型x和基因型X之间可通过编码和解码程序相互转换。
(2) 初始群体的产生遗传算法是对群体进行的进化操作，需要给其淮备一些表示起始搜索点的初始群体数据。
本例中，群体规模的大小取为4，即群体由4个个体组成，每个个体可通过随机方法产生。
如：011101，101011，011100，111001(3) 适应度汁算遗传算法中以个体适应度的大小来评定各个个体的优劣程度，从而决定其遗传机会的大小。
本例中，目标函数总取非负值，并且是以求函数最大值为优化目标，故可直接利用目标函数值作为个体的适应度。
(4) 选择运算选择运算(或称为复制运算)把当前群体中适应度较高的个体按某种规则或模型遗传到下一代群体中。
一般要求适应度较高的个体将有更多的机会遗传到下一代群体中。
本例中，我们采用与适应度成正比的概率来确定各个个体复制到下一代群体中的数量。
其具体操作过程是：•先计算出群体中所有个体的适应度的总和fi ( i=1.2,…,M );•其次计算出每个个体的相对适应度的大小 fi / fi ，它即为每个个体被遗传到下一代群体中的概率，•每个概率值组成一个区域，全部概率值之和为1；•最后再产生一个0到1之间的随机数，依据该随机数出现在上述哪一个概率区域内来确定各个个体被选中的次数。
(5) 交叉运算交叉运算是遗传算法中产生新个体的主要操作过程，它以某一概率相互交换某两个个体之间的部分染色体。
多目标遗传算法例子
多目标遗传算法例子
1. 哎呀呀，你知道机器人路径规划吗？就像给机器人找一条最佳的行动路线，这时候多目标遗传算法就大显身手啦！比如要让机器人快速到达目的地，还得避开各种障碍，这不就是个很棘手但又超有趣的挑战嘛！
2. 嘿，想想看产品设计呢！要让产品既好看又实用，多目标遗传算法就能帮上大忙啦！比如说设计一款手机，既要外观炫酷，又要性能强大，这不就像在打造一个全能战士嘛，是不是很神奇？
3. 哇塞，在交通信号灯的优化上也能看到多目标遗传算法的身影呢！要让车流量顺畅，行人也能安全过马路，这可不是一件简单的事儿呀！就好像在指挥一场复杂的交通大作战，超级有意思的哦！
4. 哟呵，资源分配问题也是多目标遗传算法能搞定的呀！就像如何把有限的资源分给各个部门，让大家都能满意，这可真像玩一场高难度的平衡游戏呢，不是吗？
5. 嘿呀，在物流配送的规划中多目标遗传算法也起到关键作用呢！要让货物快速准确到达目的地，成本还不能太高，这不就像是在送出一个个宝贝包裹的大冒险嘛！
6. 哇哦，环境监测的优化同样离不开多目标遗传算法呀！要检测全面又要节省能源，这真的好有挑战性呀！就像在守护我们的环境家园，是不是特别重要呢？
我觉得多目标遗传算法真的是太厉害了，在这么多领域都能发挥重要作用，简直让人惊叹不已！。