遗传算法与IFS相结合的植物形态模拟

Ａ ｓｒｃ： ｒｄｔ ｎ ｌｔ ａ ｄｆｎ ｔ ｎｓｓ ｍ （ｂ ｒ ｉｅ Ｓ ｏ ｅ ｌ ｔ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅｎｔ ａ ｅｏ ｔ ｎｒ ｂｔａ ｔＴａ ｉｏ ａ ｉｒｔ ｃｉ ｔ ａｂｅ ａ ｄａ Ｉ ） ｆｈ ａ ｍｕ ｔ ｎａ ｄｔ ａ ｒｌ ｖ ｌ ｉ ａ ｉ ｅ ｅ ｕ ｏ ｙ ｅ ｖ ｔ ｓＦ ｔ ｐ ｎｓ ａｏ ｈ ｕ ｕｏ ｙ
计 算 机 系 统 应 用
ｈｔ： ｗｗｃＳａ ｒ． ｔ ｌ ｐｌ ｗ ． —． ｇｃ － ｏ ｎ
２ １ 年 第 ２ 卷 第 ｌ期 ０２ ｌ
遗传算法与 ＩＳ Ｆ 相结合的植物形态模拟
刘树群 ，张雯雯
（ 兰州理工大学 计算机与通信学院，兰 州 ７ ０ ５ ） ３０ ０
摘
要： 传统迭代函数系统（ｅａ ｄｆｎｔ ｎｓｓ ｍ， ｉ ｒｔ ｃ ｏ ｔ 简写为 ＩＳ 的植物形态模拟与植物的 自然进化过程差别很大 。 ｔ ｅ ｕ ｉ ｙｅ Ｆ）
将 ＩＳ与遗传算法相结合进行植物形态 的模拟 ，将 ＩＳ Ｆ Ｆ Ｐ码 设为遗传算法 中个体 的基因 ；并对 基因进行选择 ，交 叉等遗传操作 ；设置 了合理 的适应 度函数对生成 的植物个体进行评价 ，使模拟 结果体现 自然界中物种的遗传与 进化 。本文模拟出具有分形特征且更符合 自然规律的植物 。 关键词 ：分形 ；Ｉ Ｓ Ｆ ；遗传算法；植物模拟 ；适应度 函数 ；
ｐｌｎｓ ａ ｔ．
Ｋｅ ｒ ：ｒ ｃａ； ｆ ； ｅ ｅ ｉ ｌ ｒｔｍ； ｌｎ ｉ ｌｔｏ ｆｔ ｓ ｕ ｔ ｎ ｙｗｏ ｄｓ ｆａ ｔｌ ｉｓ ｇ ｎ ｔｃａｇｏ ｉ ｈ ｐ ａ ｔｓｍｕ ａｉｎ； ｎｅ ｓｆ ｎｃｉ ｉ ｏ
虚拟植物是将植物生长信息进行重构 以便采用直
选择和进化 机制发展起来的高度并行、随机、 自适应
Ｉ ｎ ｎ ｔｃ ｇ ｒｔ ｍ ｔ ｄ ｉ ｇｉ ｉ ｕ ａ ｉｎ ｏ ｌｎ ＦＳａ ｄ Ｇｅ ｅｉ ｏ ｉｈ Ｓ ｕ ｙ ｎ Ｓｍ ｌｔ ｆ ａ ｔ Ａｌ ｎ ｏ Ｐ Ｌ Ｕ Ｓ ｕＱ ｎ Ｚ Ａ Ｇ Ｗｅ － ｎ Ｉ ｈ － ｕ ， Ｈ Ｎ ｎＷｅ ‘
（ｃｏ ｌ ｆ ｏ ｕｅ ｄＣ ｍｍｕ ｉａｏ ， ａ ｚｏ ｉ ｒｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ， ａ ｚｏ ３ ０ ０ Ｃ ｉａ Ｓ ｈｏ Ｃ ｍｐ ｔ ａ ｏ ｏ ｒｎ ｎｃｔ ｎ Ｌ ｎ ｈ ｕ ｖ ｓｙｏ Ｔ ｃｎ ｌ ｙ Ｌ ｈ ｕ７ ０ ５ ， ｈｎ） ｉ Ｕｎ ｅ ｔ ｏ ｎ
搜索算法 。【在 ＩＳ 生成植物图像过程 中，依据适应 Ｆ 度 函数 的值 ，对个体适当的进行选择、交叉、变异等 遗传操作 ，模拟 自然界植物 的进化过程 ，得到符合 自
观 的可 视化方式在计算机上对 其进行模拟 。【 】 】 植 虚拟
物涉及生物学 、计算机 图形学 、数 学等 多 门学科 ，虚 拟植物 的应用领域广泛 ，在模拟植物形态 结构方面，
ｐ ｏ ｅ ｓｏｆ ａ ｔ ａ ｙ ｗｉｅｙ Ｔｈ ｓａ ｔｃｅｃ ｍｂ ｎ ｓｂｏ ＦＳ ａ ｄｇ ｎｅｉ ｌ ｏ ｉｈ ｔ ｉ ｕ ａｅｔ ｅｍｏ ｐ ｏ ｏ ｙ ｏ ｐｌｎ ． ｒ ｃ ｓ ｐｌｎ ｓｖ ｒ ｄ ｌ． ｉ ｒｉｌ ｏ ｉ ｅ ｔ Ｉ ｅ ｔｃａｇ ｒｔ ｍ ｏ ｓ ｈ ｎ ｍ ｌｔ ｈ ｒ ｈ ｌ ｇ ｆ ａ ｔ Ｗｅ ｍａ ｅ ｔ ｅ“ ＦＳ ｏ ｅ’ ｏ ｂ ｈ ｅ ｆｇ ｎ ｓｉ ｈ ｅ ｔ ｌ ｏ ｉｈ ； ｈ ｅ ｅ ｏ ｄ ｉ ｅｅ ｔｏ ， ｒ ｓ ｏ ｅ ｎ ｋ ｈ Ｉ Ｐ ｃ ｄ ’ｔ ｅ ｔ ｅｓ ｔｏ ｅ ｅ ｔｅ ｇ ｎｅｉ ａｇ ｒｔｍ ｔ ｅ ｇ ｎ ｓｔ ｏ ｔ ｓｓ ｌｃｉ ｎ ｃ ｏ ｓ ｖ ｒａ ｄ ｎ ｃ ｈ ｏ ｈ ｒｇ ｎｅｉ ｐ ｒ ｔｏ ； ｅ ｐ ａｒ ａ ｏ ａ ｌ ｔ ｅ ｓｆ ｎ ｔｏ ｏ ｖ ｌ ａｉｎ ｆｉ ｄｖｉｕ ｌ ａ ｔ， ｅ ｅ ｔ ｇｔ ｅ ｎ ｔ ｒ ｆ ｔ ｅ ｅ ｔｃｏ ｅ ａｉｎｓ ｓ ｔｕ ｅ ｓ ｎ ｂ ｅｆ ｎ ｓ ｕ ｃｉ ｎ ｆ ｒｅ ａｕ ｔｏ ｏ ｉ ｄ ａ ｎｓ ｒ ｆ ｃｉ ａｕ ｅ ｏ ｉ ｎ ｐｌ ｌ ｎ ｈ ｓ ｅ ｉ ｓｇ ｎ ｔ ｄ ｅ ｏ ｕ ｉｎ． ｎ ｌ ，ｗｅ ｓ ｕ ａｅ ｔｅ ｆａ ｔｌｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ａ ｄ ｍｏ ｅｉ ｉ ｅ ｗｉ ｅｌｗｓｏ ａｕ ｅ ｐ ｃｅ ｅ ｅ ｉ ａ ｖ ｌ ｔ ｃｎ ｏ Ｆｉａ ｌ ｙ ｉ ｌｔ ＇ｃａ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｒ ｌ ｔ ｔ ａ ｆｎ ｔ ｒ ｍ ｈ ｉ ｎ ｎ ｎ ｈｈ
离的度量，且所构成度量 空间（ ， 是完备的 。在 该完 Ｘｄ ） 备度 量空间（ ，） 的某变换 ￡ —ｘ 满足 ｄｆ ）【） ｘ ｄ上 ｘ （ ｘ，ｙ） 【 ｆ ｓ（，） ，Ｘ， ｄｘｙ， ｙ 则称该变换为压缩映射 ， 中常数 ０ ｌ ｘ 其 ｓ 为压缩 因子 。 定义 ． ｗ： ２ ２ 变换 Ｒ 一Ｒ 具有形式为
ｌ ＩＳ Ｆ 基本原理
１１迭代函数系统 ． 定义 ：设 函数 ｄ为衡量集合 ｘ中任两 点 ｘ和 Ｙ距
要思想 是基 于几何对 象的整体和局 部部分在仿射变换
下存在一定 的 自相似性 。利用 ＩＳ模拟 的植物 图像纹 Ｆ 理结构丰 富，但形态结构差异较小 。而 自然界 中即使 是 同一种群 的植物 ，形态结构也是 多样化 的 。因此 ， 本文将遗传算法 引进到基于 ＩＳ的植物模拟 中。遗传 Ｆ 算法（ ｎｔ ｌｏ ｔｍｓ Ａ 是一种借鉴生物界 自然 Ｇｅｅ ｃ ｇ ｒｈ ，Ｇ ） ｉＡ ｉ
分形几何 学占着 主要地位 。分形利用 自然 景物本 身存
在 的 自相似性 ，通过 多种分形造型 方法对 自然实体进
然规律 的植ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 。
行建模 。【 ２ 】 函数系统（ｅ ｅ ｕ ｃ ｏ ｙｔｍ，简 迭代 ｉ ｍｔ ｆｎｔ ｎ ｓｓ ｔ ｄ ｉ ｅ
写为 Ｉ Ｓ是分形 图形生成的主要方法之一 ，ＩＳ 的主 Ｆ） Ｆ