遗传算法-JAVA【精品毕业设计】(完整版)
遗传算法Java实现以及TSP问题遗传算法求解
遗传算法Java实现以及TSP问题遗传算法求解在以前的⽂章()中已经介绍过,遗传算法是⼀种基于达尔⽂⽣物进化论的启发式算法,它的核⼼思想就是优胜劣汰,适应性好的个体将在⽣存竞争中获得更⼤的⽣存机会,⽽适应差的将更有可能在竞争中失败,从⽽遭到淘汰。
1. ⽣物进化图1⽤了⼀个⾮常形象的实例,来表现进化机制对⽣物繁衍的作⽤。
可以设想,曾有⼀个时期动物就根本没有眼睛。
那时,动物在它们的环境中航⾏完全是靠嗅觉和触觉来躲避掠⾷它们的动物。
他们也相当擅长于这样做,因为他们靠这样已经历了成千上万个世代。
在那个时候,⿐⼦⼤和⼿脚长的男性是受⼥孩⼦们欢迎的。
然⽽,突然有⼀天,当两个动物配对时,⼀个基因突变发⽣在为⽪肤细胞提供的蓝图上。
这⼀突变使其后代在他们的头上发育出了⼀个具有相当光敏效应的细胞,使其后代能⾜够识别周围环境是亮的还是暗的。
这样就给他带来了⼀个微⼩的优点,因为,如果⼀种⾷⾁动物,⽐如⼀只鹰,来到了某个范围以内,则它将阻挡了光线,这时,该动物就会感觉得到,就可迅速跑到隐蔽的地⽅去躲藏起来。
另外,这种⽪肤细胞还能指⽰现在是晚上或⽩天,或告诉他现在是在地⾯之上或地⾯之下,这些信息在捕⾷和吸取营养时都能为它提供⽅便。
你能看到这⼀新型⽪肤细胞将使这⼀动物与群体中其余的动物相⽐,具备了稍多的优点,从⽽更容易获得异性的青睐,因此也就有更多的⽣存和繁殖的机会。
过了⼀段时间,由于进化机制的作⽤,许多动物的染⾊体中都会出现具有光敏⽪肤细胞的基因。
现在,如果你再作⼀些外推,想象这⼀光敏细胞基因得到了进⼀步的有利突变,则你能看到,经过许多许多世代后,光敏细胞经过分化形成为⼀个区域;这个区域不断变⼤,产⽣出⼀些更为确定的特征,例如形成⼀个晶体,或产⽣能区别颜⾊的视觉细胞;还可以想象,⼀个突变使某个动物由⼀个光敏区域改变为两个光敏区域,由此就使那个动物有了⽴体视觉。
⽴体视觉对⼀个⽣物体来说是⼀个巨⼤的进步,因为这能精确告诉他⽬标离开他有多远。
遗传算法的研究及应用毕业设计
毕业设计遗传算法的研究及应用摘要本文分为三部分:第一部分:遗传算法的概述。
主要介绍了遗传算法的基本思想、遗传算法的构成要素、遗传算法的特点、遗传算法的基本模型、遗传算法的应用情况及今后的研究方向等等的内容。
第二部分:基于Matlab 7.0下的遗传算法求解函数最值问题。
遗传算法作为一种新的优化方法,广泛地用于计算科学、模式识别和智能故障诊断等方面,它适用于解决复杂的非线性和多维空间寻优问题,近年来也得到了较为广阔的应用。
本人选择了函数优化这个应用领域,按照遗传算法的步骤,即编码、解码、计算适应度(函数值)、选择复制运算、交叉运算和变异运算,对函数进行求解最值。
第三部分:对遗传算法求函数最值问题的改进。
这部分主要针对本文第二部分进行改进,通过改变基本遗传算法运行参数值,如改变交叉概率Pc值和变异概率Pm值,从而使最优值更加接近相对标准下函数的最值。
关键词:遗传算法适应度交叉概率变异概率目录1 前言 (1)2 遗传算法概述 (1)2.1生物进化理论和遗传学的基本知识 (1)2.2遗传算法的基本思想 (3)2.3遗传算法的构成要素 (3)2.3.1 染色体编码方法 (3)2.3.2 适应度函数 (4)2.3.3 遗传算子 (4)2.3.4 基本遗传算法运行参数 (5)2.4遗传算法的特点 (6)2.5遗传算法的基本模型 (7)2.6遗传算法的应用 (8)2.7遗传算法今后的研究方向 (10)3 基于MATLAB 7.0下的遗传算法求解函数最值问题 (11)3.1遗传算法的标准函数 (11)3.2解题步骤说明 (12)3.2.1 编码问题 (12)3.2.2 选择运算 (12)3.2.3 交叉运算 (13)3.2.4 变异运算 (13)3.3运行参数说明 (14)3.4对遗传算法求得的最值的分析 (14)3.5运行程序以及对其解释 (14)3.6从数学的角度求解函数最优值 (18)3.6.1 自变量x以0.2为步进单位 (18)3.6.2 自变量x以0.1为步进单位 (19)3.6.3 自变量x以更精确的数为步进单位 (21)4 对遗传算法求解函数最值问题的改进 (21)4.1寻找求得最优解的运行参数值 (22)4.1.1 当Pc=0.9和Pm=0.0001 (22)4.1.2 当Pc=0.9和Pm=0.001 (23)4.1.3 当Pc=0.9和Pm=0.01 (24)4.1.4 当Pc=0.9和Pm=0.1 (26)4.1.5 当Pc=0.4和Pm=0.1 (27)5 结论 (29)参考文献 (30)ABSTRACT (31)附录 (32)致谢 (38)仲恺农业工程学院毕业论文(设计)成绩评定表 (39)1 前言生命科学与工程科学的相互交叉、相互渗透和相互促进是近代科学技术发展的一个显著特点,而遗传算法的蓬勃发展正体现了科学发展的这一特征和趋势。
遗传算法解释及代码(一看就懂)【精品毕业设计】(完整版)
遗传算法( GA , Genetic Algorithm ) ,也称进化算法。
遗传算法是受达尔文的进化论的启发,借鉴生物进化过程而提出的一种启发式搜索算法。
因此在介绍遗传算法前有必要简单的介绍生物进化知识。
一.进化论知识作为遗传算法生物背景的介绍,下面内容了解即可:种群(Population):生物的进化以群体的形式进行,这样的一个群体称为种群。
个体:组成种群的单个生物。
基因 ( Gene ) :一个遗传因子。
染色体 ( Chromosome ):包含一组的基因。
生存竞争,适者生存:对环境适应度高的、牛B的个体参与繁殖的机会比较多,后代就会越来越多。
适应度低的个体参与繁殖的机会比较少,后代就会越来越少。
遗传与变异:新个体会遗传父母双方各一部分的基因,同时有一定的概率发生基因变异。
简单说来就是:繁殖过程,会发生基因交叉( Crossover ) ,基因突变( Mutation ) ,适应度( Fitness )低的个体会被逐步淘汰,而适应度高的个体会越来越多。
那么经过N代的自然选择后,保存下来的个体都是适应度很高的,其中很可能包含史上产生的适应度最高的那个个体。
二.遗传算法思想借鉴生物进化论,遗传算法将要解决的问题模拟成一个生物进化的过程,通过复制、交叉、突变等操作产生下一代的解,并逐步淘汰掉适应度函数值低的解,增加适应度函数值高的解。
这样进化N代后就很有可能会进化出适应度函数值很高的个体。
举个例子,使用遗传算法解决“0-1背包问题”的思路:0-1背包的解可以编码为一串0-1字符串(0:不取,1:取);首先,随机产生M个0-1字符串,然后评价这些0-1字符串作为0-1背包问题的解的优劣;然后,随机选择一些字符串通过交叉、突变等操作产生下一代的M个字符串,而且较优的解被选中的概率要比较高。
这样经过G代的进化后就可能会产生出0-1背包问题的一个“近似最优解”。
编码:需要将问题的解编码成字符串的形式才能使用遗传算法。
基本遗传算法【精品毕业设计】(完整版)
基本遗传算法【精品毕业设计】(完整版)遗传算法1、遗传算法⽣物学基础和基本理论达尔⽂⾃然选择学说认为,⽣物要⽣存下去,就必须进⾏⽣存⽃争。
⽣存⽃争包括种内⽃争、种间⽃争以及⽣物跟⽆机环境之间的⽃争三个⽅⾯。
在⽣存⽃争中,具有有利变异(mutation)的个体容易存活下来,并且有更多的机会将有利变异传给后代;具有不利变异的个体就容易被淘汰,产⽣后代的机会也少得多。
因此,凡是在⽣存⽃争中获胜的个体都是对环境适应性⽐较强的。
达尔⽂把这种在⽣存⽃争中适者⽣存,不适者淘汰的过程叫做⾃然选择。
达尔⽂的⾃然选择学说表明,遗传和变异是决定⽣物进化的内在因素。
遗传是指⽗代与⼦代之间,在性状上存在的相似现象。
变异是指⽗代与⼦代之间,以及⼦代的个体之间,在性状上或多或少地存在的差异现象。
在⽣物体内,遗传和变异的关系⼗分密切。
⼀个⽣物体的遗传性状往往会发⽣变异,⽽变异的性状有的可以遗传。
遗传能使⽣物的性状不断地传送给后代,因此保持了物种的特性,变异能够使⽣物的性状发⽣改变,从⽽适应新的环境⽽不断地向前发展。
⽣物的各项⽣命活动都有它的物质基础,⽣物的遗传与变异也是这样。
根据现代细胞学和遗传学的研究得知,遗传物质的主要载体是染⾊体(chromsome),染⾊体主要是由DNA(脱氧核糖核酸)和蛋⽩质组成,其中DNA⼜是最主要的遗传物质。
现代分⼦⽔平的遗传学的研究⼜进⼀步证明,基因(gene)是有遗传效应的⽚段,它储存着遗传信息,可以准确地复制,也能够发⽣突变,并可通过控制蛋⽩质的合成⽽控制⽣物的性状。
⽣物体⾃⾝通过对基因的复制(reproduction)和交叉(crossover),即基因分离、基因⾃由组合和基因连锁互换)的操作使其性状的遗传得到选择和控制。
同时,通过基因重组、基因变异和染⾊体在结构和数⽬上的变异产⽣丰富多采的变异现象。
需要指出的是,根据达尔⽂进化论,多种多样的⽣物之所以能够适应环境⽽得以⽣存进化,是和上述的遗传和变异⽣命现象分不开的。
基于遗传算法的自动排课系统毕业设计
摘要随着科学技术和社会信息技术的不断提高,计算机科学的日渐成熟,其强大的功能已为人们深刻认识,它在人类社会的各个领域发挥着越来越重要的作用,给人们的生活带来了极大的便利,成为推动社会发展的首要技术动力。
排课是学校教学管理中十分重要、又相当复杂的工作之一。
解决好教学工作中的排课问题对整个教学计划的进行,有着十分重要的意义。
首先对排课的已有算法作了相关的调查研究,决定采用遗传算法。
通过设计实现基于遗传算法的自动排课系统,研究了遗传算法在排课系统中的应用。
关键词:遗传算法、自动排课、Java。
AbstractAlong with science technical and community information technical increases continuously, calculator science is gradually mature, its mighty function has behaved deep cognition, and it has entered the human social each realm erupts to flick the more and more important function, bringing our life biggest of convenience. Curriculum arrangement is an important and complicated working in school, so solving the problem is of great importance for teaching programming. Investigated and studied the algorithm existed, determine that adopt genetic algorithm. Through Design Implementation the Auto Course Arrangement Management System Base on Genetic Algorithm, researched the application of genetic algorithm in the Course Arrangement Management System.Keywords: Genetic Algorithm Auto Course Arrangement Management Java.第一章绪论1.1排课系统研究背景排课是学校教学管理中十分重要、又相当复杂的管理工作之一,其实质就是为学校所设置的课程安排时间和地点,从而使整个教学能够有计划有秩序的进行。
自然计算遗传算法【精品毕业设计】(完整版)
自然计算大作业一.二进制编码在遗传算法中,首先要将数据进行编码,这里采用二进制的方式进行编码。
第一步,我们根据题目的介绍可以得知该函数含有两个变量,以及各自的定义域。
在二进制编码中,我们首先要先计算它的编码长度。
计算公式如下: $${2^{{m_j} - 1}} < ({b_j} - {a_j})*precision \le {2^{{m_j}}} - 1$$其中precision为精度,如小数点后5位,则precision=10^5,mj为编码长度,${x_j} \in [{a_j},{b_j}]$二.二进制解码解码即编码的逆过程:$${x_j} = {a_j} + {\rm{decimal}}(substrin{g_j}) \times \frac{{{b_j} - {a_j}}}{{{2^{{m_j}}} - 1}}$$三.种群初始化编码完成后,开始对种群初始化,为了简便采用随机地方式进行初始化。
初始群体的生成:随机产生N个初始串结构数据,每个串结构数据称为一个个体,N个个体构成了一个群体。
GA以这N个串结构数据作为初始点开始进化。
def rand_init(self):for i in range(self.code_x1_length):self.code_x1 += str(random.randint(0, 1))for i in range(self.code_x2_length):self.code_x2 += str(random.randint(0, 1))四.适应度评估适应度表明个体或解的优劣性。
不同的问题,适应度函数的定义方式也不同。
def decoding(self, code_x1, code_x2):self.x1 = self.bounds[0][0] + int(code_x1, 2) * (self.bounds[0][1] - self.bounds[0][0]) / (2 ** self.code_x1_length - 1)self.x2 = self.bounds[1][0] + int(code_x2, 2) * (self.bounds[1][1] - self.bounds[1][0]) / (2 ** self.code_x2_length - 1)五.选择选择的目的是为了从当前群体中选出优良的个体,使它们有机会作为父代为下一代繁殖子孙。
基于遗传算法的自动排课系统毕业设计【精品毕业设计】(完整版)
随着人工智能的发展,特别是在计算智能领域的拓展,借鉴于生物界进化思想和遗传算法,由于其超强的并行搜索能力,以及在解决优化问题中表现出来的高度鲁棒性,它已经被广泛应用于各个领域。目前,很多研究人员已使用遗传算法来求解排课问题,如文献[20]使用遗传算法优化教室的合理利用,文献[21]的用自适应的遗传算法求解大学课表安排问题,文献[22]的基于遗传算法排课系统的设计与实现等等。这些应用说明,使用遗传算法来解决排课问题,其结果还是令人较为满意的。
1.
回溯算法也叫试探法.它是一种系统地搜索问题的解的方法,可以被认为是一个有过剪枝的DFS(深度优先搜索)过程。它按优先条件向前搜索,以达到目标,但当搜索到某一步时.发现原先的选择并不优或达不到目标。就退回一步重新选择。而满足回溯条件的某个状态点称之为回溯点。具体到计算机智能排课系统中,选优条件即为排课数学模型中的约束条件群(需求集中的元素特征与资源集中的元素特征相互作用形成的数学关系)若不满足约束条件群,该选择即为不优或达不到目标当遍历该步骤的所有可能仍未满足约束条件群.则该状态满足了回溯条件,该状态点即为回溯点。
关键词:遗传算法、自动排课、Java。
Abstract
Along with science technical and community information technical increases continuously,calculator science is gradually mature, its mighty function has behaved deep cognition, and it has entered the human social each realm erupts to flick the more and more important function, bringing our life biggest of convenience.Curriculum arrangement is an important and complicated workinginschool,so solving the problem is of great importance for teaching programming.Investigatedand studied the algorithm existed,determinethatadoptgenetic algorithm.ThroughDesign ImplementationtheAutoCourseArrangementManagementSystemBaseonGeneticAlgorithm,researched theapplicationofgenetic algorithmin theCourseArrangementManagementSystem.
遗传算法论文【精品毕业设计】(完整版)
论文名称:遗传算法姓名:***学号:***********班级:计算机科学与技术1班院系:信息与电气工程学院日期:2014年6月18日摘要 (2)第一章引言 (3)1.1搜索法 (3)1.2遗传算法 (3)第二章遗传算法(Genetic Algorithms,GA) (4)2.1遗传算法的基本概念 (4)2.2遗传算法的实现步骤 (6)第三章遗传算法的特点及应用 (9)3.1遗传算法的特点 (9)3.2遗传算法的应用 (9)第四章遗传算法的缺点及发展 (12)4.1遗传算法的缺点 (12)第五章遗传算法代码实现 (13)附录遗传算法代码(GA Code) (14)摘要智能搜索算法包括遗传算法、禁忌算法、模拟退火算法等。
其中遗传算法(GA)是人类从基因遗传的生物进化思想的启发下提出的,它是一种进化计算,进化计算实质上是自适应的机器学习方法,遗传算法根据基因遗传时候的变化,它在运算的时候也分为选择、交叉、变异三种行为。
它比盲目的搜索效率高的多,又比专门的针对特定问题的算法通用性强,它是一种于问题无关的求解模式。
但是遗传算法又有很大的不确定性,以及过早的收敛性,所以可以和其他算法一起使用来对问题求解。
关键词:遗传算法;GA;实现;应用;改进第一章引言1.1搜索法人工智能问题广义地说,都可以看作是一个问题求解问题,在问题的求解过程中,人们所面临的大多数现实问题往往没有确定性的算法,通常需要用搜索算法来解决。
搜索法是人工智能中问题的求解的基本方法,搜索法可大致分为有信息搜索和无信息搜索,约束满足问题和博弈问题的求解均可表述为搜索过程。
搜索法的本质是再状态空间中从问题的初始状态搜索到通向目标状态的路径。
当前的智能搜索算法本质上也是搜索法,如遗传算法、蚁群算法、神经网络等。
一般搜索可以根据是否使用启发式信息分为盲目搜素和启发式搜索,也可以根据问题的表示方式分为状态空间搜索和与/或树搜索。
盲目搜索一般是指从当前状态到目标状态需要走多少步或者并不知道每条路径的花费,所能做的只是可以区分出哪个是目标状态。
遗传算法详解及Java实现
遗传算法详解及Java实现1. 遗传算法的起源20世纪60年代中期,美国密西根大学的John Holland提出了位串编码技术,这种编码既适合于变异又适合杂交操作,并且他强调将杂交作为主要的遗传操作。
遗传算法的通用编码技术及简单有效的遗传操作为其广泛的应用和成功奠定了基础。
2. 遗传算法的目的解决经典数学方法无法有效地求出最优解的复杂的、大规模的难题。
3. 遗传算法的思想遗传算法通常使用二进制编码来仿照基因编码,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。
4. 遗传算法的步骤?(1) 用固定长度的染色体表示问题变量域,选择染色体种群数量为N,交叉概率为C,突变概率为M?(2) 定义适应性函数来衡量问题域上单个染色体的性能或适应性。
适应性函数是在繁殖过程中选择配对染色体的基础。
?(3) 随机产生一个大小为N的染色体的种群。
?(4) 计算每个染色体的适应性。
?(5) 在当前种群中选择一对染色体。
双亲染色体被选择的概率和其适应性有关。
适应性高的染色体被选中的概率高于适应性低的染色体。
?(6) 通过执行遗传操作——交叉和突变产生一对后代染色体。
?(7) 将后代染色体放入新种群中。
?(8) 重复步骤5,直到新染色体种群的大小等于初始种群的大小N为止。
?(9) 用新(后代)染色体种群取代初始(双亲)染色体种群。
?(10) 回到步骤4,重复这个过程直到满足终止条件为止。
5. 算法思路:?(1) 变量作为实数,可以视为演化算法的表现型形式。
从表现型到基因型的映射称为编码。
我们这里采用二进制编码,将某个变量值代表的个体表示为一个{0,1}二进制串。
遗传算法毕业论文【精品毕业设计】(完整版)
目录1 引言 (1)2 问题描述 (2)3 基于遗传算法TSP算法 (2)3.1 基于遗传算法的TSP算法总体框架 (2)3.2算法的详细设计 (3)3.2.1 解空间的表示方式 (3)3.2.2 种群初始化 (4)3.2.3适应度函数 (4)3.2.4选择操作 (4)3.2.5交叉操作 (5)3.2.6变异操作 (6)3.2.7进化逆转操作 (6)3.3 实验结果分析 (7)4 基于模拟退火算法的TSP算法 (10)4.1 SA算法的实现过程 (10)4.2 算法流程图 (10)4.3模拟退火算法的实现过程 (10)4.4实验结果 (11)5 对两种算法的评价 (14)5.1遗传算法优缺点 (14)5.2 模拟退火算法的优缺点 (15)6结语 (15)参考文献 (17)附录: ............................................................................................................ 错误!未定义书签。
廊坊师范学院本科生毕业论文论文题目:基于遗传算法与模拟退火算法的TSP算法求解10大城市最短旅途论文摘要:TSP问题为组合优化中的经典的NP完全问题.本论文以某旅行社为中国十大旅游城市--珠海、西安、杭州、拉萨、北京、丽江、昆明、成都、洛阳、威海制定最短旅途为例,分别利用基于遗传算法的TSP算法与基于模拟退火算法的TSP算法求解10大城市旅游路线问题.本论文给出了遗传算法与模拟退火算法中各算子的实现方法,并展示出求解系统的结构和求解系统基于MATLAB的实现机制.利用MATLAB软件编程,运行出结果,并对基于遗传算法的TSP算法结果与基于模拟退火算法的TSP算法的结果进行比较,描述其优缺点,并选择最为恰当的TSP算法,实现最短旅途的最优解.关键词:遗传算法;模拟退火算法;TSP;最短路径;Title:TSP Algorithm Based on Genetic Algorithm or Simulated Annealing Algorithm for Solving the Shortest Journey of 10 CitiesAbstract:TSP problem is a classic NP problem about combinatorial optimization.This article takes a travel agency looking for the shortesttrip of ten tourist cities in China-Zhuhai,Xi'an,Hangzhou,Lhasa,Beijing,Lijiang,Kunming,Chengdu,Luoyang and Weihai forinstance,and solves this problem by TSP algorithm based on geneticalgorithm and simulated annealing algorithm.The article gives theimplementations of every operator of genetic algorithm and simulatedannealing algorithm and demonstrates the architecture and theimplementation mechanism of the solving system based on MATLAB.Iprogram and operate the results by MATLAB software,and compare theresults based on genetic algorithm and simulated annealingalgorithm.And describe their advantages and disadvantages so thatchoose the most appropriate TSP algorithm to achieve the optimalsolution for the shortest path.Keywords:genetic algorithm;simulated annealing algorithm;TSP;the shortest path1 引言TSP问题为组合优化中的经典问题,已经证明为一NP完全问题[1],即其最坏情况下的时间复杂性随着问题规模的扩大,按指数方式增长[2],到目前为止不能找到一个多项式时间的有效算法.TSP问题可描述为:已知n个城市相互之间的距离,某一旅行商从某个城市出发访问每个城市一次且仅一次,最后回到出发城市,如何安排才使其所走路线最短.TSP问题不仅仅是一个简单的组合优化问题,其他许多的NP完全问题可以归结为TSP问题,如邮路问题、装配线上的螺帽问题和产品的生产安排问题等,使得TSP问题的有效求解具有重要的意义.本文中的TSP算法主要采用遗传算法与模拟退火算法.遗传算法是一种进化算法,其基本原理是仿效生物界中的“物竞天择,适者生存”的演化法则[3].遗传算法把问题参数编码为染色体,再按照所选择的适应度函数,利用迭代的方式进行选择、交叉、变异以及进化逆转等运算对个体进行筛选和进化,使适应值大的个体被保留,适应值小的个体被淘汰[4],新的群体继承了上一代的信息,又优于上一代,这样反复循环,直至满足条件,最后留下来的个体集中分布在最优解的周围,筛选出最优个体作为问题的解.模拟退火算法的出发点是基于物理中固体物质的退火过程与一般的组合优化问题之间的相似性[5],该算法是一种优化算法,其物理退火过程由三部分组成,分别为:加温过程、等温过程、冷却过程.其中,加温过程对应算法设定初温,等温过程对应算法的Metropolis[6]抽样过程,冷却过程对应控制参数的下降.这里能量的变化就是目标函数,要得到的最优解就是能量最低态[7].Metropolis准则是SA算法收敛于全局最优解的关键所在,Metropolis 准则以一定的概率接受恶化解,这样就使算法跳离局部最优的陷阱.2 问题描述本案例为某旅行社为中国十大旅游城市,分别为珠海、西安、杭州、拉萨、北京、丽江、昆明、成都、洛阳、威海,根据全程路径最短为目的,制定最优的旅游顺序依次游玩这十个城市.这类问题就由TSP算法来解决,寻找出一条最短遍历这10个城市的路径.利用google地图找到城市坐标,下表为这十个城市的位置坐标如表2-1所示.表2-1 10个城市的位置坐标3 基于遗传算法TSP算法3.1 基于遗传算法的TSP算法总体框架TSP问题的遗传算法包括编码设计、种群初始化、适应度函数选择、终止条件设定、选择操作设定、交叉操作设定以及变异操作设定和进化逆转操作.为简化TSP问题的求解,假设每个城市和其它任意一个城市之间都以欧氏距离[8]直接相连.遗传算法TSP问题的流程图如图2-1所示.。
遗传算法java代码
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以下是有关遗传算法的一些概述,希望对您有所帮助。
遗传算法是一种生物学上的进化理论转化为计算机中的求解算法。
遗传算法最初主要用于解决组合优化问题,例如最短路径问题、最优化问题等。
随着计算机软硬件的进步,遗传算法已经被广泛应用于机器学习、人工智能、数据挖掘等领域。
遗传算法的实现方式通常是基于种群的演化来逐步优化解。
其基本流程如下:1.初始化种群,生成随机的基因序列来代表解。
2.评价种群中的个体,计算每个个体的适应度函数值,用于衡量解的好坏程度。
3.选择操作:根据适应度函数的值,选择出最好的个体来进行交叉和变异操作。
4.交叉操作:从两个个体中选择一定长度的染色体来进行交换,生成新的个体。
5.变异操作:对某些基因进行随机更改,生成新的个体。
6.更新种群:根据选择、交叉和变异操作生成新的种群,并重复2和3步骤,直到达到终止条件。
下面是遗传算法的Java代码实现://定义一个染色体类,表示问题的解public class Chromosome {private boolean[] genes;private double fitness;public Chromosome(boolean[] genes, double fitness) {this.genes = genes;this.fitness = fitness;}public boolean[] getGenes() {return genes;}public void setGenes(boolean[] genes) {this.genes = genes;}public double getFitness() {return fitness;}public void setFitness(double fitness) {this.fitness = fitness;}}//定义一个种群类,表示解的集合public class Population {private Chromosome[] chromosomes;public Population(int size) {chromosomes = new Chromosome[size]; for (int i = 0; i < size; i++) {boolean[] genes = new boolean[10];for (int j = 0; j < 10; j++) {genes[j] = Math.random() < 0.5;}chromosomes[i] = new Chromosome(genes, 0); }}public void evaluateFitness(FitnessFunction function) { for (Chromosome chromosome : chromosomes) { double fitnessValue =function.evaluate(chromosome.getGenes());chromosome.setFitness(fitnessValue);}}public Chromosome selectParent() {double sum = 0;for (Chromosome chromosome : chromosomes) { sum += chromosome.getFitness();}double random = Math.random() * sum;double partialSum = 0;for (Chromosome chromosome : chromosomes) { partialSum += chromosome.getFitness();if (partialSum >= random) {return chromosome;}}return null;}public void crossover(double rate, int length) {for (int i = 0; i < chromosomes.length; i++) {if (Math.random() < rate) {Chromosome parent1 = selectParent();Chromosome parent2 = selectParent();boolean[] child1 = new boolean[10];boolean[] child2 = new boolean[10];int pivot = (int) (Math.random() * 10);for (int j = 0; j < 10; j++) {if (j < pivot) {child1[j] = parent1.getGenes()[j];child2[j] = parent2.getGenes()[j];} else {child1[j] = parent2.getGenes()[j];child2[j] = parent1.getGenes()[j];}}chromosomes[i] = new Chromosome(child1, 0); chromosomes[i+1] = new Chromosome(child2, 0); i++;}}}public void mutate(double rate) {for (Chromosome chromosome : chromosomes) {for (int i = 0; i < 10; i++) {if (Math.random() < rate) {chromosome.getGenes()[i]= !chromosome.getGenes()[i];}}}}public void sort() {Arrays.sort(chromosomes, newComparator<Chromosome>() {@Overridepublic int compare(Chromosome o1, Chromosome o2) { if (o1.getFitness() > o2.getFitness()) {return -1;} else if (o1.getFitness() < o2.getFitness()) {return 1;} else {return 0;}}});}public Chromosome getBestChromosome() {sort();return chromosomes[0];}}//定义一个适应度函数类,用于计算染色体的适应度函数值public interface FitnessFunction {double evaluate(boolean[] genes);}//示例代码:用于求解一个最大化一元函数f(x) = x^2在区间[0,63]上的最优解public class Main {public static void main(String[] args) {int populationSize = 100;double crossoverRate = 0.8;double mutationRate = 0.01;int crossoverLength = 5;int maxGeneration = 5000;Population population = new Population(populationSize); FitnessFunction function = new FitnessFunction() {@Overridepublic double evaluate(boolean[] genes) {int x = 0;for (int i = 0; i < genes.length; i++) {if (genes[i]) {x += Math.pow(2, i);}}return x * x;};for (int i = 0; i < maxGeneration; i++) {population.evaluateFitness(function);System.out.printf("Generation %d, best fitnessvalue %.2f%n", i, population.getBestChromosome().getFitness()); if (population.getBestChromosome().getFitness() == 4096) {break;}population.crossover(crossoverRate, crossoverLength); population.mutate(mutationRate);}Chromosome bestChromosome =population.getBestChromosome();System.out.printf("Best chromosome: ");for (int i = 0; i < 10; i++) {if (bestChromosome.getGenes()[i]) {System.out.print("1");} else {System.out.print("0");}System.out.printf(", best fitness value %.2f%n", bestChromosome.getFitness());}}注:这份Java代码只是一个示例,具体的实现方式和参数的选择需要根据具体的问题和数据集合来确定。
基于遗传算法求解作业车间调度问题【精品毕业设计】(完整版)
基于遗传算法求解作业车间调度问题【精品毕业设计】(完整版)基于遗传算法求解作业车间调度问题摘要作业车间调度问题(JSP)简单来说就是设备资源优化配置问题。
作业车间调度问题是计算机集成制造系统(CIMS)工程中的一个重要组成部分,它对企业的生产管理和控制系统有着重要的影响。
在当今的竞争环境下,如何利用计算机技术实现生产调度计划优化,快速调整资源配置,统筹安排生产进度,提高设备利用率已成为许多加工企业面临的重大课题。
近年来遗传算法得到了很大的发展,应用遗传算法来解决车间调度问题早有研究。
本文在已有算法基础上详细讨论了染色体编码方法并对其进行了改进。
在研究了作业车间调度问题数学模型和优化算法的基础上,将一种改进的自适应遗传算法应用在作业车间调度中。
该算法是将sigmoid函数的变形函数应用到自适应遗传算法中,并将作业车间调度问题中的完工时间大小作为算法的评价指标,实现了交叉率和变异率随着完工时间的非线性自适应调整,较好地克服了标准遗传算法在解决作业车间调度问题时的“早熟”和稳定性差的缺点,以及传统的线性自适应遗传算法收敛速度慢的缺点。
以改进的自适应遗传算法和混合遗传算法为调度算法,设计并实现了作业车间调度系统,详细介绍了各个模块的功能与操作。
最后根据改进的编码进行遗传算法的设计,本文提出了一种求解车间作业调度问题的改进的遗传算法,并给出仿真算例表明了该算法的有效性。
关键词:作业车间调度;遗传算法;改进染色体编码;生产周期Solving jopshop scheduling problem based ongenetic algorithmAbstractSimply speaking, the job shop scheduling problem(JSP) is the equipment resources optimization question. Job Shop Scheduling Problem as an important part of ComputerIntegratedManufacturing System (CIMS) engineering is indispensable, and has vital effect onproduction management and control system. In the competion ecvironment nowadays, how touse the assignments quickly and to plan production with due consideration for all concernedhas become a great subject for many manufactory.In recent years,the genetic algorithms obtained great development it was used to solve the job shop scheduling problem early.This paper discusses the chromosome code method in detail based on the genetic algorithms and make the improvement on it. Through the research on mathematics model of JSP and optimized algorithm, theimproved adaptive genetic algorithm (IAGA) obtained by applying the improved sigmoidfunction to adaptive genetic algorithm is proposed. And in IAGA for JSP, the fitness ofalgorithm is represented by completion time of jobs. Therefore, this algorithm making thecrossover and mutation probability adjusted adaptively and nonlinearly with the completiontime, can avoid such disadvantages as premature convergence, low convergence speed andlow stability. Experimental results demonstrate that the proposed genetic algorithm does notget stuck at a local optimum easily, and it is fast in convergence, simple to be implemented. the job shop scheduling system based on IAGA and GASH is designed andrealized, and the functions and operations of the system modules are introduced detailedly. In the end ,according to the code with improved carries on the genetic algorithms desing, this paper offer one improved genetic algorithms about soloving to the job shop scheduling problem, and the simulated example has indicated that this algorithm is valid.Keywords: jop shop scheduling; genetic algorithm;improvement chromosome code; production cycl目录摘要 .......................................................................................................................... . (I)Abstract............................................................................................................... ....................................... II 1绪论 . (1)1.1课题来源 (1)1.2作业车间调度问题表述 (1)1.3车间作业调度问题研究的假设条件及数学模型 (2)1.3.1车间作业调度问题研究的假设条件 (2)1.3.2 车间作业调度问题的数学模型 (3)1.4课题研究内容及结构安排 (4)2 遗传算法相关理论与实现技术 (6)2.1自然进化与遗传算法 (6)2.2基本遗传算法 (7)2.2.1遗传算法的基本思路 (7)2.2.2遗传算法的模式定理 (7)2.2.3 遗传算法的收敛性分析 (9)2.2.4基本遗传算法参数说明 (10)2.3遗传算法的优缺点 (11)2.3.1 遗传算法的优点 (11)2.3.2遗传算法的缺点 (11)2.4遗传算法的进展 (12)2.5小结 (15)3用遗传算法对具体问题的解决与探讨 (16)3.1 研究过程中的几个关键问题 (16)3.1.1设备死锁现象 (16)3.1.2参数编码 (16)3.1.3初始种群的生成 (19)3.1.4 个体的适应度函数 (20)3.1.5算法参数 (20)3.1.6 遗传算子的设计 (21)3.2遗传算法终止条件 (24)3.3 遗传算法解决车间调度问题的改进 (24)3.4 系统仿真 (24)3.5 小结 (29)结论 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (33)1 绪论1.1 课题来源随着加入WTO,市场竞争越来越激烈,对制造企业来说,为了能够在竞争中立于不败,降低成本是不得不面临的问题,而确保生产车间较高的生产能力和效率,是当务之急。
实现遗传算法的0-1背包问题【精品毕业设计】(完整版)
实现遗传算法的0-1背包问题求解及其改进学校:学院:专业:姓名:学号:课程名称:指导老师:一、 问题陈述0-1背包问题属于组合优化问题的一个例子,求解0-1背包问题的过程可以被视作在很多可行解当中求解一个最优解。
01背包问题的一般描述如下:给定n 个物品和一个背包,物品i 的重量为Wi ,其价值为Vi ,背包的容量为C 。
选择合适的物品装入背包,使得背包中装入的物品的总价值最大。
注意的一点是,背包内的物品的重量之和不能大于背包的容量C 。
在选择装入背包的物品时,对每种物品i 只有两种选择:装入背包或者不装入背包,即只能将物品i 装入背包一次。
称此类问题为0/1背包问题。
其数学模型为:在满足∑w i x i ≤C n i=1的条件下求解 max ∑v i x i n i=1 ,其中i =1,2,3,4…,n0-1背包问题传统的解决方法有动态规划法、分支界限法、回溯法等等。
传统的方法不能有效地解决0-1背包问题。
遗传算法(Genetic Algorithms )则是一种适合于在大量的可行解中搜索最优(或次优)解的有效算法。
二、遗传算法分析与实现1、遗传算法概述遗传算法(Genetic Algorithm )是一类借鉴生物界的进化规律(适者生存,优胜劣汰)演化而来的随机化搜索方法。
算法根据问题的目标函数构造一个适值函数,对一个由多个解(每个解对应一个染色体)构成的和种群进行评估、遗传、选择,经多代繁殖,获得适应值最好的个体作为问题的最优解。
其特点是具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力;采用概率化的寻优方法,能自动获取和指导优化的搜索空间,自适应地调整搜索方向,不需要确定的规则。
遗传算法的这些性质,已被人们广泛地应用于组合优化、机器学习、信号处理、自适应控制和人工生命等领域。
• 遗传算法一般是直接在解空间搜索, 而不像图搜索那样一般是在问题空间搜索, 最后才找到解(如果搜索成功的话)。
• 遗传算法的搜索随机地始于搜索空间的一个点集, 而不像图搜索那样固定地始于搜索空间的初始节点或终止节点, 所以遗传算法是一种随机搜索算法。
(完整)基本遗传算法
基本遗传算法Holland创建的遗传算法是一种概率搜索算法,它利用某种编码技术作用于称为染色体的数串,其基本思想是模拟由这些串组成的个体进化过程.该算法通过有组织的、然而是随机的信息交换,重新组合那些适应性好的串.在每一代中,利用上一代串结构中适应性好的位和段来生成一个新的串的群体;作为额外增添,偶尔也要在串结构中尝试用新的位和段来替代原来的部分。
遗传算法是一类随机优化算法,它可以有效地利用已有的信息处理来搜索那些有希望改善解质量的串.类似于自然进化,遗传算法通过作用于染色体上的基因,寻找好的染色体来求解问题.与自然界相似,遗传算法对待求解问题本身一无所知,它所需要的仅是对算法所产生的每个染色体进行评价,并基于适应度值来改变染色体,使适应性好的染色体比适应性差的染色体有更多的繁殖机会.第一章遗传算法的运行过程遗传算法模拟了自然选择和遗传中发生的复制、交叉和变异等现象,从任一初始种群(Population)出发,通过随机选择、交叉和变异操作,产生一群更适应环境的个体,使群体进化到搜索空间中越来越好的区域,这样一代一代地不断繁衍进化,最后收敛到一群最适应环境的个体(Individual),求得问题的最优解。
一.完整的遗传算法运算流程完整的遗传算法运算流程可以用图1来描述。
由图1可以看出,使用上述三种遗传算子(选择算子、交叉算子和变异算子)的遗传算法的主要运算过程如下:(1)编码:解空间中的解数据x,作为遗传算法的表现形式。
从表现型到基因型的映射称为编码.遗传算法在进行搜索之前先将解空间的解数据表示成遗传空间的基因型串结构数据,这些串结构数据的不同组合就构成了不同的点。
(2)初始群体的生成:随机产生N个初始串结构数据,每个串结构数据称为一个个体,N个个体构成了一个群体。
遗传算法以这N个串结构作为初始点开始迭代。
设置进化代数计数器t←0;设置最大进化代数T;随机生成M个个体作为初始群体P(0)。
(3)适应度值评价检测:适应度函数表明个体或解的优劣性。
(完整版)遗传算法简介及代码详解
遗传算法简述及代码详解声明:本文内容整理自网络,认为原作者同意转载,如有冒犯请联系我。
遗传算法基本内容遗传算法为群体优化算法,也就是从多个初始解开始进行优化,每个解称为一个染色体,各染色体之间通过竞争、合作、单独变异,不断进化。
遗传学与遗传算法中的基础术语比较染色体:又可以叫做基因型个体(individuals)群体/种群(population):一定数量的个体组成,及一定数量的染色体组成,群体中个体的数量叫做群体大小。
初始群体:若干染色体的集合,即解的规模,如30,50等,认为是随机选取的数据集合。
适应度(fitness):各个个体对环境的适应程度优化时先要将实际问题转换到遗传空间,就是把实际问题的解用染色体表示,称为编码,反过程为解码/译码,因为优化后要进行评价(此时得到的解是否较之前解优越),所以要返回问题空间,故要进行解码。
SGA采用二进制编码,染色体就是二进制位串,每一位可称为一个基因;如果直接生成二进制初始种群,则不必有编码过程,但要求解码时将染色体解码到问题可行域内。
遗传算法的准备工作:1) 数据转换操作,包括表现型到基因型的转换和基因型到表现型的转换。
前者是把求解空间中的参数转化成遗传空间中的染色体或者个体(encoding),后者是它的逆操作(decoding)2) 确定适应度计算函数,可以将个体值经过该函数转换为该个体的适应度,该适应度的高低要能充分反映该个体对于解得优秀程度。
非常重要的过程。
遗传算法基本过程为:1) 编码,创建初始群体2) 群体中个体适应度计算3) 评估适应度4) 根据适应度选择个体5) 被选择个体进行交叉繁殖6) 在繁殖的过程中引入变异机制7) 繁殖出新的群体,回到第二步实例一:(建议先看实例二)求 []30,0∈x 范围内的()210-=x y 的最小值1) 编码算法选择为"将x 转化为2进制的串",串的长度为5位(串的长度根据解的精度设 定,串长度越长解得精度越高)。
遗传算法 (1)【精品毕业设计】(完整版)
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务汰的原理,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。
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。
传统的优化算法往往直接决策变量的实际植本身,而遗传算法处理决策变量的某种编码形式,使得我们可以借鉴生物学中的染色体和基因的概念,可以模仿自然界生物的遗传和进化机理,也使得我们能够方便的应用遗传操作算子。
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java常用代码---遗传算法
标签:javadistancecalendarstringrandom算法
2011-11-17 18:23 5815人阅读评论(1) 收藏举报分类:
数据结构与算法实践(23)
import java.util.*;
public class Tsp {
private String cityName[]={"北京","上海","天津","重庆","哈尔滨","长春","沈阳","呼和浩特","石家庄","太原","济南","郑州","西安","兰州","银川","西宁","乌鲁木齐","合肥","南京","杭州","长沙","南昌","武汉","成都","贵州","福建","台北","广州","海口","南宁","昆明","拉萨","香港","澳门"}; //private String cityEnd[]=new String[34];
private int cityNum=cityName.length; //城市个数
private int popSize = 50; //种群数量
private int maxgens = 20000; //迭代次数
private double pxover = 0.8; //交叉概率
private double pmultation = 0.05; //变异概率
private long[][] distance = new long[cityNum][cityNum];
private int range = 2000; //用于判断何时停止的数组区间
private class genotype {
int city[] = new int[cityNum]; //单个基因的城市序列
long fitness; //该基因的适应度
double selectP; //选择概率
double exceptp; //期望概率
int isSelected; //是否被选择
}
private genotype[] citys = new genotype[popSize];
/**
* 构造函数,初始化种群
*/
public Tsp() {
for (int i = 0; i < popSize; i++) {
citys[i] = new genotype();
int[] num = new int[cityNum];
for (int j = 0; j < cityNum; j++)
num[j] = j;
int temp = cityNum;
for (int j = 0; j < cityNum; j++) {
int r = (int) (Math.random() * temp);
citys[i].city[j] = num[r];
num[r] = num[temp - 1];
temp--;
}
citys[i].fitness = 0;
citys[i].selectP = 0;
citys[i].exceptp = 0;
citys[i].isSelected = 0;
}
initDistance();
}
/**
* 计算每个种群每个基因个体的适应度,选择概率,期望概率,和是否被选择。
*/
public void CalAll(){
for( int i = 0; i< popSize; i++){
citys[i].fitness = 0;
citys[i].selectP = 0;
citys[i].exceptp = 0;
citys[i].isSelected = 0;
}
CalFitness();
CalSelectP();
CalExceptP();
CalIsSelected();
}
/**
* 填充,将多选的填充到未选的个体当中
*/
public void pad(){
int best = 0;
int bad = 0;
while(true){
while(citys[best].isSelected <= 1 && best<popSize-1) best ++;
while(citys[bad].isSelected != 0 && bad<popSize-1) bad ++;
for(int i = 0; i< cityNum; i++)
citys[bad].city[i] = citys[best].city[i];
citys[best].isSelected --;
citys[bad].isSelected ++;
bad ++;
if(best == popSize ||bad == popSize)
break;
}
}
/**
* 交叉主体函数
*/
public void crossover() {
int x;
int y;
int pop = (int)(popSize* pxover /2);
while(pop>0){
x = (int)(Math.random()*popSize);
y = (int)(Math.random()*popSize);
executeCrossover(x,y);//x y 两个体执行交叉
pop--;
}
}
/**
* 执行交叉函数
* @param 个体x
* @param 个体y
* 对个体x和个体y执行佳点集的交叉,从而产生下一代城市序列
*/
private void executeCrossover(int x,int y){
int dimension = 0;
for( int i = 0 ;i < cityNum; i++)
if(citys[x].city[i] != citys[y].city[i]){
dimension ++;
}
int diffItem = 0;
double[] diff = new double[dimension];
for( int i = 0 ;i < cityNum; i++){
if(citys[x].city[i] != citys[y].city[i]){
diff[diffItem] = citys[x].city[i];
citys[x].city[i] = -1;
citys[y].city[i] = -1;
diffItem ++;
}
}
Arrays.sort(diff);
double[] temp = new double[dimension];
temp = gp(x, dimension);
for( int k = 0; k< dimension;k++)
for( int j = 0; j< dimension; j++)
if(temp[j] == k){
double item = temp[k];
temp[k] = temp[j];
temp[j] = item;
item = diff[k];
diff[k] = diff[j];
diff[j] = item;
}
int tempDimension = dimension;
int tempi = 0;
while(tempDimension> 0 ){
if(citys[x].city[tempi] == -1){
citys[x].city[tempi] = (int)diff[dimension - tempDimension]; tempDimension --;
}
tempi ++;
}
Arrays.sort(diff);
temp = gp(y, dimension);
for( int k = 0; k< dimension;k++)
for( int j = 0; j< dimension; j++)
if(temp[j] == k){
double item = temp[k];
temp[k] = temp[j];
temp[j] = item;
item = diff[k];
diff[k] = diff[j];
diff[j] = item;
}
tempDimension = dimension;
tempi = 0;。