Genetic Algorithms(遗传算法)PPT课件

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遗传算法(GeneticAlgorithm)PPT课件

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2021
14
选择(Selection)
设种群的规模为N xi是i为种群中第i个染色体
1/6 = 17%
A BC
3/6 = 50% 2/6 = 33%
染色体xi被选概率
ps (xi )
F (xi )
N
F(xj)
j 1
fitness(A) = 3 fitness(B) = 1 fitness(C) = 2
假如交叉概率Pc =50%,则交配池中50%的染色体(一半染色体) 将进行交叉操作,余下的50%的染色体进行选择(复制)操作。
GA利用选择和交叉操作可以产生具有更高平均适应值 和更好染色体的群体
2021/3/21
2021
22
变异(Mutation)
➢ 以 编变码异时概,变率P异m改的变基染因色由体0变的成某1一,个或基者因由,1当变以成二0。进制 ➢ 变 间,异平概均率约Pm 1一-2般% 介于1/种群规模与1/染色体长度之
编码(Coding)
10010001
10010010
010001001 011101001
解码(Decoding)
2021/3/21
2021
13
选择(Selection)
➢ 选择(复制)操作把当前种群的染色体按与适应值成正比 例的概率复制到新的种群中
➢ 主要思想: 适应值较高的染色体体有较大的选择(复制) 机会
➢交叉(crossover):
将群体P(t)内的各个个体随机搭配成对,对每一个
个 rat体e),交以换某它个们概之率间P的c (部称分为染交色叉体概。率,crossvoer
➢变异(mutation):
变对异群概体率P,(tm)u中ta的ti每on一r个at个e)体改,变以某某一一个概或率一P些m(基称因为座

遗传算法ppt

遗传算法ppt

现代优化算法-遗传算法
于是,得到第二代种群 S 2 :
s1 11001 25 , s2 01100 12 , s3 11011 27 , s4 10000 16
第二代种群 S2 中各染色体的情况如表 10-1 所示。 表 10-1 第二代种群 S2 中各染色体的情况 染色体 s1=11001 s2=01100 s3=11011 s4=10000 适应度 625 144 729 256 选择概率 积累概率 估计的选中次数 0.36 0.08 0.41 0.15 0.36 0.44 0.85 1.00 1 0 2 1
0, 1 二进制串。串的长度取决于求解的精度,例如假设解空间为[-1,
因为 221<3106<222,所以编码所用的二进制串至少需要 22 位。
2],求解精度
为保留六位小数,由于解空间[-1, 2]的长度为 3,则必须将该区间分为 3106 等分。
现代优化算法-遗传算法
(1) 采用 5 位二进制数编码染色体,将种群规模设定为 4,取下列个体组成初始 种群 S1 : s1 13(01101), s2 24(11000), s3 8(01000), s4 19(10011) (2) 定义适应度函数为目标函数 f x x 2 (3) 计算各代种群中的各个体的适应度, 并对其染色体进行遗传操作,直到适应 度最高的个体,即 31(11111)出现为止。迭代的过程为: 首先计算种群 S1 中各个体 si 的适应度 f si 如下。
f ( s1 ) f (13) 132 169; f ( s2 ) f (24) 24 2 576; f ( s3 ) f (8) 82 64; f ( s4 ) f (19) 19 2 61

遗传算法的生物学基础.ppt

遗传算法的生物学基础.ppt
选择(复制): 根据各个个体的适应度,按照一 定的规则或方法,从第t代群体P(t) 中选择出一些优良的个体遗传到下 一代群体P(t+1)中;
交叉: 将群体P(t)内的各个个体随机搭配 成对,对每一对个体,以某个概率 (称为交叉概率)交换它们之间的 部分染色体;
变异: 对群体P(t)中的每一个个体,以 某一概率(称为变异概率)改变某 一个或某一些基因座上的基因值 为其他基因值。
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
枚举法、启发式算法和搜索算法。
随着问题种类的不同,以及问题规模的扩大,要寻求到一种能以有限的代价来 解决上述最优化问题的通用方法仍是个难题。而遗传算法却为我们解决这类问题 提供了一个有效的途径和通用框架,开创了一种新的全局优化搜索算法。
遗传算法中:
将n维决策向量X=[x1,x2,…,xn]T用n个记号Xi(i=1,2,…,n))所组成的符号串X来去示: X=xlx2…xn X=[x1,x2, …,xn]T
个体编号
1 2 3 4
选择结果
01 1101 11 1001 1010 11 1110 01
配对情况
1-2 3-4
交叉点位置
1-2:2 3-4:4
交叉结果
011001 111101 101001 111011
可以看出,其中新产生的个体“111101”、“111011”的适应度较原来两个 个体

《遗传算法》课件

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个体选择策略
轮盘赌选择
按照适应度大小进行选择, 适应度越大的个体被选中的 概率越高。
锦标赛选择
随机选择一组个体进行比较, 选择适应度最好的个体。
随机选择
随机选择一部分个体作为下 一代。
杂交操作的实现方法
单点杂交 多点杂交 均匀杂交
从两个个体的某个交叉点将两个个体分割,并交 换剩下的部分。
从两个个体的多个交叉点将两个个体分割,并交 换剩下的部分。
遗传算法的基本流程
1
评估适应度
2
计算每个个体的适应度。
3
交叉操作
4
通过交叉操作产生新的个体。
5
替换操作
6
将新的个体替换种群中的一部分个体。
7
输出结果
8
输出最优解作为最终结果。
初始化种群
生成初始的候选解。
选择操作
根据适应度选择优秀的个体。
变异操作
对个体进行变异以增加多样性。
迭代
重复执行选择、交叉和变异操作直至满足 终止条件。
智能控制
如机器人路径规划和智能决策。
数挖掘
例如聚类、分类和回归分析。
遗传算法的优缺点
1 优点
能够全局搜索、适应复杂问题和扩展性强。
2 缺点
计算量大、收敛速度慢和参数选择的难度。
遗传算法的基本概念
个体
候选解的表示,通常采用二进 制编码。
适应度函数
评价候选解的质量,指导选择 和进化过程。
种群
多个个体组成的集合,通过遗 传操作进行进化。
遗传算法实例分析
旅行商问题
遗传算法可以用于求解旅行商问 题,找到最短路径。
背包问题
调度问题
遗传算法可以用于求解背包问题, 找到最优的物品组合。

《遗传算法》课件

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总结词
达到预设迭代次数
详细描述
当遗传算法达到预设的最大迭代次数时,算法终止。此时 需要根据适应度值或其他指标判断是否找到了满意解或近 似最优解。
总结词
达到预设精度
详细描述
当遗传算法的解的精度达到预设值时,算法终止。此时可 以认为找到了近似最优解。
总结词
满足收敛条件
详细描述
当遗传算法的解满足收敛条件时,算法终止。常见的收敛 条件包括个体的适应度值不再发生变化、最优解连续多代 保持不变等。
多目标优化
传统的遗传算法主要用于单目标优化问题。然而 ,实际应用中经常需要解决多目标优化问题。因 此,发展能够处理多目标优化问题的遗传算法也 是未来的一个重要研究方向。
适应性遗传算法
适应性遗传算法是指根据问题的特性自适应地调 整遗传算法的参数和操作,以提高搜索效率和精 度。例如,可以根据问题的复杂度和解的质量动 态调整交叉概率、变异概率等参数。
自适应调整是指根据个体的适应度值动态调整 适应度函数,以更好地引导遗传算法向更优解 的方向进化。
选择操作
总结词
基于适应度选择
详细描述
选择操作是根据个体的适应 度值进行选择,通常采用轮 盘赌、锦标赛等选择策略, 以保留适应度较高的个体。
总结词
多样性保护
详细描述
为了保持种群的多样性,选择操作可以采 用一些多样性保护策略,如精英保留策略 、小生境技术等。
梯度下降法是一种基于函数梯度的优化算法,与遗传算法结合使用可以加快搜索速度, 提高解的质量。
遗传算法的基本思想
初始化
随机生成一组解作为初始种群。
适应度评估
根据问题的目标函数计算每个解 的适应度值。
选择操作
根据适应度值的大小,选择适应 度较高的解进行遗传操作。

遗传算法详解ppt课件

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A1=0110 | 1 A2=1100 | 0 交叉操作后产生了两个新的字符串为:
A1’=01100 A2’=11001
一般的交叉操作过程:
图5-2 交叉操作
遗传算法的有效性主要来自于复制和交叉操作。复制虽然能够从旧种 群中选择出优秀者,但不能创造新的个体;交叉模拟生物进化过程中 的繁殖现象,通过两个个体的交换组合,来创造新的优良个体。
遗传算法在以下几个方面不同于传统优化 方法
① 遗传算法只对参数集的编码进行操作,而不是 参数集本身。
② 遗传算法的搜索始于解的一个种群,而不是单 个解,因而可以有效地防止搜索过程收敛于局部 最优解。
③ 遗传算法只使用适值函数,而不使用导数和其 它附属信息,从而对问题的依赖性小。
④ 遗传算法采用概率的、而不是确定的状态转移 规则,即具有随机操作算子。
表6-3列出了交叉操作之后的结果数据,从中可以看出交叉操作 的具体过程。首先,随机配对匹配集中的个体,将位串1、2配对,位
串3、4配对;然后,随机选取交叉点,设位串1、2的交叉点为k=4,
二者只交换最后一位,从而生成两个新的位串,即 串 串 1 2 : : 1 01 11 00 0 1 0 1 01 11 00 01 0 新 新 1 2串 串
图5–3
遗传算法的工作原理示意图
5.2 遗传算法应用中的一些基本问题
5.2.1 目标函数值到适值形式的映射
适值是非负的,任何情况下总希望越大越好;而目标 函数有正、有负、甚至可能是复数值;且目标函数和适值 间的关系也多种多样。如求最大值对应点时,目标函数和 适值变化方向相同;求最小值对应点时,变化方向恰好相 反;目标函数值越小的点,适值越大。因此,存在目标函 数值向适值映射的问题。
5.遗传算法

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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。
P(xi )
f (xi )
N
f (xj)
j 1
第18页/共66页
上述按概率选择的方法可用一种称为赌轮的原理来实现。 即做一个单位圆, 然后按各个染色体的选择概率将圆面划分 为相应的扇形区域(如图1所示)。这样, 每次选择时先转动轮 盘, 当轮盘静止时,上方的指针所正对着的扇区即为选中的扇 区,从而相应的染色体即为所选定的染色体。 例如, 假设种群 S中有4个染色体: s1,s2, s3, s4,其选择概率依次为: 0.11, 0.45, 0.29, 0.15, 则它们在轮盘上所占的份额如图1中的各扇形区域 所示。
i
qi P(xj ) j 1
第20页/共66页
一个染色体xi被选中的次数, 可以用下面的期望值 e(xi)来确定:
e(xi ) P(xi ) N
f (xi )
N
N
f (xj)
N
f (xi ) f (xj)/ N
f (xi ) f
j 1
j 1
其中f 为种群S中全体染色体的平均适应度值。
图1 赌轮选择示例
第19页/共66页
在算法中赌轮选择法可用下面的过程来模拟:
① 在[0, 1]区间内产生一个均匀分布的伪随机数r。 ② 若r≤q1,则染色体x1被选中。 ③ 若qk-1<r≤qk(2≤k≤N), 则染色体xk被选中。 其中的qi称为染色体xi(i=1, 2, …, n)的积累概率, 其计算公式 为:
步2 随机产生U中的N个染色体s1, s2, …, sN,组成初始 种群S={s1, s2, …, sN},置代数计数器t=1;

最新[PPT]利用遗传算法解决TSP问题ppt课件

最新[PPT]利用遗传算法解决TSP问题ppt课件
[PPT]利用遗传算法解决TSP 问题
TSP问题,又称旅行商问题, 旅行推销员问题,是指对于给定 的n 个城市,旅行商从某一城市出发不重复的访问其余城市 后回到出发的城市,要求找出一条旅行路线,是总的旅行路程最短.
遗传算法(Genetic Algorithms,GA)是一种基 于自然群体遗传演化机制的算法, 它模拟自然界 生物进化过程, 采用人工进化的方式对目标空间 进行随机化搜索。它将问题域中的可能解看作是 群体的个体, 并将个体编码成符号串形式( 即染色 体) , 模拟生物进化过程, 对群体反复进行杂交等 操作, 根据预定的适应度函数对每个个体进行评 价, 依据优胜劣汰的进化规则, 不断得到更优的群 体, 同时搜索优化群体中的最优个体, 求得满足要 求的最优解。
产生两个0~9的int型随机数,如得到2和6, 将gene[2]和gene[6]之间的基因反序,得到:
0218965347
变异
例如一个基因序列为: 0256981347
产生两个0~9的int型随机数,如得到2和6, 将gene[2]和gene[6] 的基因交换,得到: 0216985347
仿真结果

for(mem=0;mem<PopSize;mem++)

Байду номын сангаас
sum+=x[mem];

/* Calculate relative fitness */

for(mem=0;mem<PopSize;mem++)

population[mem].rfitness=x[mem]/sum;
交叉
例如一个基因序列为: 0256981347
Q恤%捎z衍cP耸M触tZM咆7眨Vt嚼(kn苑JR空

遗传算法——遗传算法PPT课件

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第25页/共81页
(3)遗传算子:基本遗传算法使用下述三种遗传算 子: ① 选择运算:使用比例选择算子; ② 交叉运算:使用单点交叉算子; ③ 变异运算:使用基本位变异算子或均匀变异算子。
第26页/共81页
(4)基本遗传算法的运行参数 有下述4个运行参数需要提前设定:
M:群体大小,即群体中所含个体的数量,一般取为 20~100; G:遗传算法的终止进化代数,一般取为100~500; Pc:交叉概率,一般取为0.4~0.99;
产调度问题进行精确求解。在现实生产中多采用一些 经验进行调度。遗传算法是解决复杂调度问题的有效 工具,在单件生产车间调度、流水线生产车间调度、 生产规划、任务分配等方面遗传算法都得到了有效的 应用。
第19页/共81页
(4)自动控制。 在自动控制领域中有很多与优化相关的问题需要求
解,遗传算法已经在其中得到了初步的应用。例如, 利用遗传算法进行控制器参数的优化、基于遗传算法 的模糊控制规则的学习、基于遗传算法的参数辨识、 基于遗传算法的神经网络结构的优化和权值学习等。
第22页/共81页
(9)机器学习 基于遗传算法的机器学习在很多领域都得到了应
用。例如,采用遗传算法实现模糊控制规则的优化,可 以改进模糊系统的性能;遗传算法可用于神经网络连接 权的调整和结构的优化;采用遗传算法设计的分类器系 统可用于学习式多机器人路径规划。
第23页/共81页
10.4 遗传算法的优化设计
(2)变异:亲代和子代之间以及子代的不同个体之间 的差异,称为变异。变异是随机发生的,变异的选择 和积累是生命多样性的根源。
(3)生存斗争和适者生存:具有适应性变异的个体被 保留下来,不具有适应性变异的个体被淘汰,通过一 代代的生存环境的选择作用,性状逐渐逐渐与祖先有 所不同,演变为新的物种。
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Encoding
{0,1}L
(representation)
010001001
011101001 Decoding (inverse representation)
A.E. Eiben and J.E. Smith, Introduction to Evolutionary Computing Genetic Algorithms
Holland’s original GA is now known as the simple genetic algorithm (SGA)
Other GAs use different:
– Representations – Mutations – Crossovers – Selection mechanisms
probability pc , otherwise copy parents 4. For each offspring apply mutation (bit-flip with
probability pm independently for each bit) 5. Replace the whole population with the resulting
Main idea: better individuals get higher chance
– Chances proportional to fitness
– Implementation: roulette wheel technique
– many variants, e.g., reproduction models, operators
A.E. Eiben and J.E. Smith, Introduction to Evolutionary Computing Genetic Algorithms
Genetic algorithms
– discrete optimization
Attributed features:
– not too fast – good heuristic for combinห้องสมุดไป่ตู้torial problems
Special Features:
– Traditionally emphasizes combining information from good parents (crossover)
offspring
A.E. Eiben and J.E. Smith, Introduction to Evolutionary Computing Genetic Algorithms
SGA operators: 1-point crossover
Choose a random point on the two parents Split parents at this crossover point Create children by exchanging tails Pc typically in range (0.6, 0.9)
Genetic Algorithms
Chapter 3
A.E. Eiben and J.E. Smith, Introduction to Evolutionary Computing Genetic Algorithms
GA Quick Overview
Developed: USA in the 1970’s Early names: J. Holland, K. DeJong, D. Goldberg Typically applied to:
Parent selection Survivor selection Speciality
Binary strings
N-point or uniform
Bitwise bit-flipping with fixed probability Fitness-Proportionate
All children replace parents
SGA reproduction cycle
1. Select parents for the mating pool (size of mating pool = population size)
2. Shuffle the mating pool 3. For each consecutive pair apply crossover with
A.E. Eiben and J.E. Smith, Introduction to Evolutionary Computing Genetic Algorithms
SGA technical summary tableau
Representation Recombination Mutation
A.E. Eiben and J.E. Smith, Introduction to Evolutionary Computing Genetic Algorithms
SGA operators: mutation
Alter each gene independently with a probability pm pm is called the mutation rate
Emphasis on crossover
A.E. Eiben and J.E. Smith, Introduction to Evolutionary Computing Genetic Algorithms
Representation
Phenotype space
Genotype space =
– Typically between 1/pop_size and 1/ chromosome_length
A.E. Eiben and J.E. Smith, Introduction to Evolutionary Computing Genetic Algorithms
SGA operators: Selection
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