基于遗传算法的组合优化问题研究-毕业设计答辩
遗传算法毕业答辩
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遗传算法的优势
遗传算法在组合优化问题中 具有全局搜索能力强、可处 理大规模问题等优势，因此 在许多领域得到广泛应用。
遗传算法的不足
虽然遗传算法在组合优化问 题中具有许多优点，但也存 在一些不足，如计算量大、 容易陷入局部最优解等问题 ，需要进一步改进和完善。
约束优化问题
01
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约束优化问题
约束优化问题是指在满足 一定约束条件下寻找最优 解的问题，如线性规划、 非线性规划、整数规划等。
遗传算法与梯度下降法结 合
梯度下降法适用于连续可微的优化问题，与 遗传算法结合使用可以解决一些连续优化问 题验环境
实验数据
为了验证遗传算法的性能，我们采用了多种数据集，包括标准函数优化问题和实际应用问题，如旅行商问题、背 包问题等。
实验环境
实验在高性能计算机上进行，配置了足够的内存和处理器资源，确保算法运行速度和精度。
缺点
搜索时间长，效率较低；对于某些问 题，可能无法找到全局最优解；参数 设置对结果影响较大，需要经验丰富 的专业人员进行调整。
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遗传算法在优化问题中的应 用
函数优化问题
函数优化问题
遗传算法通过不断迭代和选择 ，寻找函数的最优解。它可以 处理多峰值、非线性、离散和 连续等各种类型的函数优化问 题，具有全局搜索和鲁棒性强 的特点。
讨论
针对实验结果，讨论了遗传算法在实际应用中的潜力和局限性，并提出了改进方向和未 来研究展望。
06
结论与展望
研究成果与贡献
算法优化
本研究对遗传算法进行了优化，提高了算法的搜索效率和精度，为解决复杂优化问题提 供了新的思路和方法。
应用拓展
数学建模遗传算法与优化问题【精品毕业设计】(完整版)
实验十遗传算法与优化问题一、问题背景与实验目的遗传算法（Genetic Algorithm—GA），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，它是由美国Michigan大学的J.Holland教授于1975年首先提出的．遗传算法作为一种新的全局优化搜索算法，以其简单通用、鲁棒性强、适于并行处理及应用范围广等显著特点，奠定了它作为21世纪关键智能计算之一的地位．本实验将首先介绍一下遗传算法的基本理论，然后用其解决几个简单的函数最值问题，使读者能够学会利用遗传算法进行初步的优化计算．1．遗传算法的基本原理遗传算法的基本思想正是基于模仿生物界遗传学的遗传过程．它把问题的参数用基因代表，把问题的解用染色体代表（在计算机里用二进制码表示），从而得到一个由具有不同染色体的个体组成的群体．这个群体在问题特定的环境里生存竞争，适者有最好的机会生存和产生后代．后代随机化地继承了父代的最好特征，并也在生存环境的控制支配下继续这一过程．群体的染色体都将逐渐适应环境，不断进化，最后收敛到一族最适应环境的类似个体，即得到问题最优的解．值得注意的一点是，现在的遗传算法是受生物进化论学说的启发提出的，这种学说对我们用计算机解决复杂问题很有用，而它本身是否完全正确并不重要（目前生物界对此学说尚有争议）．（1）遗传算法中的生物遗传学概念由于遗传算法是由进化论和遗传学机理而产生的直接搜索优化方法；故而在这个算法中要用到各种进化和遗传学的概念．首先给出遗传学概念、遗传算法概念和相应的数学概念三者之间的对应关遗传算法计算优化的操作过程就如同生物学上生物遗传进化的过程，主要有三个基本操作（或称为算子）：选择（Selection）、交叉（Crossover）、变异（Mutation）．遗传算法基本步骤主要是：先把问题的解表示成“染色体”，在算法中也就是以二进制编码的串，在执行遗传算法之前，给出一群“染色体”，也就是假设的可行解．然后，把这些假设的可行解置于问题的“环境”中，并按适者生存的原则，从中选择出较适应环境的“染色体”进行复制，再通过交叉、变异过程产生更适应环境的新一代“染色体”群．经过这样的一代一代地进化，最后就会收敛到最适应环境的一个“染色体”上，它就是问题的最优解．下面给出遗传算法的具体步骤，流程图参见图1：第一步：选择编码策略，把参数集合（可行解集合）转换染色体结构空间；第二步：定义适应函数，便于计算适应值；第三步：确定遗传策略，包括选择群体大小，选择、交叉、变异方法以及确定交叉概率、变异概率等遗传参数；第四步：随机产生初始化群体；第五步：计算群体中的个体或染色体解码后的适应值；第六步：按照遗传策略，运用选择、交叉和变异算子作用于群体，形成下一代群体；第七步：判断群体性能是否满足某一指标、或者是否已完成预定的迭代次数，不满足则返回第五步、或者修改遗传策略再返回第六步．图1 一个遗传算法的具体步骤遗传算法有很多种具体的不同实现过程，以上介绍的是标准遗传算法的主要步骤，此算法会一直运行直到找到满足条件的最优解为止．2．遗传算法的实际应用例1：设2()20.5f x x x =-++，求 max (), [1,2]f x x ∈-．注：这是一个非常简单的二次函数求极值的问题，相信大家都会做．在此我们要研究的不是问题本身，而是借此来说明如何通过遗传算法分析和解决问题．在此将细化地给出遗传算法的整个过程．（1）编码和产生初始群体首先第一步要确定编码的策略，也就是说如何把1-到2这个区间内的数用计算机语言表示出来．编码就是表现型到基因型的映射，编码时要注意以下三个原则：完备性：问题空间中所有点（潜在解）都能成为GA 编码空间中的点（染色体位串）的表现型；健全性：GA 编码空间中的染色体位串必须对应问题空间中的某一潜在解； 非冗余性：染色体和潜在解必须一一对应．这里我们通过采用二进制的形式来解决编码问题，将某个变量值代表的个体表示为一个{0，1}二进制串．当然，串长取决于求解的精度．如果要设定求解精度到六位小数，由于区间长度为2(1)3--=，则必须将闭区间 [1,2]-分为6310⨯等分．因为216222097152231024194304=<⨯<= 所以编码的二进制串至少需要22位．将一个二进制串（b 21b 20b 19…b 1b 0）转化为区间[1,2]-内对应的实数值很简单，只需采取以下两步（Matlab 程序参见附录4）：1）将一个二进制串（b 21b 20b 19…b 1b 0）代表的二进制数化为10进制数：21212019102100()(2)'i i i b b b b b b x =⋯=⋅=∑2）'x 对应的区间[1,2]-内的实数：12)1(2'122---⋅+-=x x 例如，一个二进制串a=<1000101110110101000111>表示实数0.637197．'x =(1000101110110101000111)2=2288967637197.01232288967122=-⋅+-=x 二进制串<0000000000000000000000>，<1111111111111111111111>，则分别表示区间的两个端点值-1和2．利用这种方法我们就完成了遗传算法的第一步——编码，这种二进制编码的方法完全符合上述的编码的三个原则．首先我们来随机的产生一个个体数为4个的初始群体如下：pop(1)={<1101011101001100011110>， %% a1<1000011001010001000010>， %% a2<0001100111010110000000>， %% a3<0110101001101110010101>} %% a4（Matlab 程序参见附录2）化成十进制的数分别为：pop(1)={ 1.523032，0.574022 ，-0.697235 ，0.247238 }接下来我们就要解决每个染色体个体的适应值问题了．（2）定义适应函数和适应值由于给定的目标函数2()20.5f x x x =-++在[1,2]-内的值有正有负，所以必须通过建立适应函数与目标函数的映射关系，保证映射后的适应值非负，而且目标函数的优化方向应对应于适应值增大的方向，也为以后计算各个体的入选概率打下基础．对于本题中的最大化问题，定义适应函数()g x ，采用下述方法：min min (), ()0()0,f x F f x F g x -->⎧=⎨⎩若其他 式中min F 既可以是特定的输入值，也可以是当前所有代或最近K 代中()f x 的最小值，这里为了便于计算，将采用了一个特定的输入值．若取min 1F =-，则当()1f x =时适应函数()2g x =；当() 1.1f x =-时适应函数()0g x =．由上述所随机产生的初始群体，我们可以先计算出目标函数值分别如下（Matlab 程序参见附录3）：f [pop(1)]={ 1.226437 , 1.318543 , -1.380607 , 0.933350 }然后通过适应函数计算出适应值分别如下（Matlab 程序参见附录5、附录6）： 取min 1F =-，g[pop(1)]= { 2.226437 , 2.318543 , 0 , 1.933350 }（3）确定选择标准这里我们用到了适应值的比例来作为选择的标准，得到的每个个体的适应值比例叫作入选概率．其计算公式如下：对于给定的规模为n 的群体pop={123,,,,n a a a a }，个体i a 的适应值为()i g a ，则其入选概率为1()(),1,2,3,,()i s i n ii g a P a i n g a ===⋯∑由上述给出的群体，我们可以计算出各个个体的入选概率．首先可得 41() 6.478330ii g a ==∑， 然后分别用四个个体的适应值去除以41()i i g a =∑，得：P (a 1)=2.226437 / 6.478330 = 0.343675 %% a 1P (a 2)=2.318543 / 6.478330 = 0.357892 %% a 2P (a 3)= 0 / 6.478330 = 0 %% a 3P (a 4)=1.933350 / 6.478330 = 0.298433 %% a 4（Matlab 程序参见附录7）（4）产生种群计算完了入选概率后，就将入选概率大的个体选入种群，淘汰概率小的个体，并用入选概率最大的个体补入种群，得到与原群体大小同样的种群（Matlab 程序参见附录8、附录11）．要说明的是：附录11的算法与这里不完全相同．为保证收敛性，附录11的算法作了修正，采用了最佳个体保存方法（elitist model），具体内容将在后面给出介绍．由初始群体的入选概率我们淘汰掉a3，再加入a2补足成与群体同样大小的种群得到newpop(1)如下：newpop(1)={<1101011101001100011110>，%% a1<1000011001010001000010>，%% a2<1000011001010001000010>，%% a2<0110101001101110010101>} %% a4（5）交叉交叉也就是将一组染色体上对应基因段的交换得到新的染色体，然后得到新的染色体组，组成新的群体（Matlab程序参见附录9）．我们把之前得到的newpop(1)的四个个体两两组成一对，重复的不配对，进行交叉．（可以在任一位进行交叉）<110101110 1001100011110>，<1101011101010001000010>交叉得：<100001100 1010001000010>，<1000011001001100011110><10000110010100 01000010>，<1000011001010010010101>交叉得：<01101010011011 10010101>，<0110101001101101000010>通过交叉得到了四个新个体，得到新的群体jchpop (1)如下：jchpop(1)={<1101011101010001000010>，<1000011001001100011110>，<1000011001010010010101>，<0110101001101101000010>}这里采用的是单点交叉的方法，当然还有多点交叉的方法，不过有些烦琐，这里就不着重介绍了．（6）变异变异也就是通过一个小概率改变染色体位串上的某个基因（Matlab程序参见附录10）．现把刚得到的jchpop(1)中第3个个体中的第9位改变，就产生了变异，得到了新的群体pop(2)如下：pop(2)= {<1101011101010001000010>，<1000011001001100011110>，<1000011011010010010101>，<0110101001101101000010> }然后重复上述的选择、交叉、变异直到满足终止条件为止．（7）终止条件。
组合优化问题的遗传算法优化研究
组合优化问题的遗传算法优化研究在当今数字化和信息化的时代，组合优化问题在各个领域中频繁出现，如物流配送路线规划、生产调度、资源分配等。
这些问题的求解往往具有极高的复杂性和计算难度，传统的优化方法在处理大规模问题时可能会陷入困境。
而遗传算法作为一种智能优化算法，为解决组合优化问题提供了一种全新的思路和有效的手段。
组合优化问题通常是在有限的解空间中寻找最优解，使得某个目标函数达到最优值。
然而，由于解空间的规模通常非常庞大，通过穷举所有可能的解来找到最优解几乎是不可能的。
例如，在旅行商问题中，要从多个城市中找到一条最短的旅行路线，随着城市数量的增加，可能的路线数量呈指数级增长。
遗传算法是一种基于自然选择和遗传机制的随机搜索算法。
它模拟了生物进化的过程，通过对一组潜在解（称为种群）进行选择、交叉和变异操作，逐步迭代优化，以找到最优解或近似最优解。
在遗传算法中，首先需要对问题的解进行编码。
常见的编码方式有二进制编码、实数编码等。
以旅行商问题为例，可以使用城市的排列顺序作为编码，例如1, 3, 2, 4, 5表示从城市 1 出发，依次经过城市 3、2、4、最后到达城市 5 的路线。
接下来，初始化一个种群，即生成一组随机的解。
然后，通过适应度函数来评估每个解的优劣。
适应度函数的设计是关键，它直接反映了问题的目标。
对于旅行商问题，适应度可以是路线的总长度，长度越短，适应度越高。
选择操作是根据适应度从当前种群中选择一部分优秀的个体，作为下一代种群的基础。
常见的选择方法有轮盘赌选择、锦标赛选择等。
交叉操作则是将选中的个体进行部分基因交换，以产生新的个体。
变异操作则是对个体的某些基因进行随机改变，以增加种群的多样性。
通过不断重复上述过程，种群逐渐朝着更优的方向进化。
在这个过程中，遗传算法能够有效地避免陷入局部最优解，因为它同时探索了多个解的空间。
然而，遗传算法在解决组合优化问题时也存在一些挑战。
例如，编码方式的选择可能会影响算法的性能；适应度函数的设计不当可能导致算法收敛速度慢或无法找到最优解；交叉和变异操作的参数设置也需要根据具体问题进行调整。
基于遗传算法的组合优化问题求解研究
基于遗传算法的组合优化问题求解研究随着计算机技术的不断发展，各种类型的优化问题被广泛研究和应用。
其中，组合优化问题在实际生产和生活中具有重要的意义。
组合优化问题是指在一定的约束条件下，找出最优或次优的解决方案，通常涉及多个决策变量。
然而，由于组合优化问题本质上是一种NP难问题，传统的优化算法在求解过程中会遇到效率低下、易陷入局部最优、计算耗时长等问题。
因此，研究更为高效有效的求解方法，对促进组合优化问题的应用和推广具有重要意义。
基于遗传算法的组合优化问题求解研究应运而生。
一、遗传算法的原理和优势遗传算法是一种模仿自然界遗传进化过程的高效优化算法，其核心思想是通过模拟多个个体的基因重组、变异和选择等进化行为，最终获得最优解。
具体而言，遗传算法通过将优秀个体保存下来，以其为父代产生出更优秀的后代。
它是一种基于概率的优化方法，与传统的数学优化方法相比，通过随机搜索和并行计算等方式避免了陷入局部最优解的风险，从而获得更优的全局最优解。
遗传算法的另一个优势是它的复杂度相对较低，能够在理论上证明在某些情况下可以获得渐进最优解。
同时，遗传算法具有较强的鲁棒性，能够有效应对问题复杂度的快速增长，以及不同求解阶段的不确定性。
此外，遗传算法由于其自适应能力和并行计算能力，在处理大规模优化问题时，甚至能够胜过传统的数学优化方法。
二、遗传算法在组合优化问题中的应用遗传算法作为一种通用的优化方法，在组合优化问题中得到了广泛应用。
常见的组合优化问题包括旅行商问题、背包问题、资源调度问题、工厂布局问题等。
这些问题都是NP难问题，传统的算法求解困难，但是结合遗传算法可以大幅度提高求解效率。
例如，对于旅行商问题，传统的方法是采用枚举法，当城市数目增加时很容易出现维数爆炸的情况。
而使用遗传算法求解旅行商问题，只需重新定义染色体编码、选择函数和交叉变异算子等，就可以在较短时间内得到较优解。
对于背包问题，遗传算法同样可以发挥优异的求解能力。
毕业设计论文基于遗传算法的BP神经网络的优化问题研究.doc
编号：审定成绩：重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于遗传算法的BP神经网络的优化问题研究学院名称：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：答辩组负责人：填表时间：2010年06月重庆邮电大学教务处制摘要本文的主要研究工作如下：1、介绍了遗传算法的起源、发展和应用，阐述了遗传算法的基本操作，基本原理和遗传算法的特点。
2、介绍了人工神经网络的发展，基本原理，BP神经网络的结构以及BP算法。
3、利用遗传算法全局搜索能力强的特点与人工神经网络模型学习能力强的特点，把遗传算法用于神经网络初始权重的优化，设计出混合GA-BP算法，可以在一定程度上克服神经网络模型训练中普遍存在的局部极小点问题。
4、对某型导弹测试设备故障诊断建立神经网络，用GA直接训练BP神经网络权值，然后与纯BP算法相比较。
再用改进的GA-BP算法进行神经网络训练和检验，运用Matlab软件进行仿真，结果表明，用改进的GA-BP算法优化神经网络无论从收敛速度、误差及精度都明显高于未进行优化的BP神经网络，将两者结合从而得到比现有学习算法更好的学习效果。
【关键词】神经网络BP算法遗传算法ABSTRACTThe main research work is as follows:1. Describing the origin of the genetic algorithm, development and application, explain the basic operations of genetic algorithm, the basic principles and characteristics of genetic algorithms.2. Describing the development of artificial neural network, the basic principle, BP neural network structure and BP.3. Using the genetic algorithm global search capability of the characteristics and learning ability of artificial neural network model with strong features, the genetic algorithm for neural network initial weights of the optimization, design hybrid GA-BP algorithm, to a certain extent, overcome nerves ubiquitous network model training local minimum problem.4. A missile test on the fault diagnosis of neural network, trained with the GA directly to BP neural network weights, and then compared with the pure BP algorithm. Then the improved GA-BP algorithm neural network training and testing, use of Matlab software simulation results show that the improved GA-BP algorithm to optimize neural network in terms of convergence rate, error and accuracy were significantly higher than optimized BP neural network, a combination of both to be better than existing learning algorithm learning.Key words：neural network back-propagation algorithms genetic algorithms目录第一章绪论 (1)1.1 遗传算法的起源 (1)1.2 遗传算法的发展和应用 (1)1.2.1 遗传算法的发展过程 (1)1.2.2 遗传算法的应用领域 (2)1.3 基于遗传算法的BP神经网络 (3)1.4 本章小结 (4)第二章遗传算法 (5)2.1 遗传算法基本操作 (5)2.1.1 选择(Selection) (5)2.1.2 交叉(Crossover) (6)2.1.3 变异(Mutation) (7)2.2 遗传算法基本思想 (8)2.3 遗传算法的特点 (9)2.3.1 常规的寻优算法 (9)2.3.2 遗传算法与常规寻优算法的比较 (10)2.4 本章小结 (11)第三章神经网络 (12)3.1 人工神经网络发展 (12)3.2 神经网络基本原理 (12)3.2.1 神经元模型 (12)3.2.2 神经网络结构及工作方式 (14)3.2.3 神经网络原理概要 (15)3.3 BP神经网络 (15)3.4 本章小结 (21)第四章遗传算法优化BP神经网络 (22)4.1 遗传算法优化神经网络概述 (22)4.1.1 用遗传算法优化神经网络结构 (22)4.1.2 用遗传算法优化神经网络连接权值 (22)4.2 GA-BP优化方案及算法实现 (23)4.3 GA-BP仿真实现 (24)4.3.1 用GA直接训练BP网络的权值算法 (25)4.3.2 纯BP算法 (26)4.3.3 GA训练BP网络的权值与纯BP算法的比较 (28)4.3.4 混合GA-BP算法 (28)4.4 本章小结 (31)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录 (35)1 英文原文 (35)2 英文翻译 (42)3 源程序 (47)第一章绪论1.1 遗传算法的起源从生物学上看，生物个体是由细胞组成的，而细胞则主要由细胞膜、细胞质、和细胞核构成。
基于遗传算法的多式联运组合优化
基于遗传算法的多式联运组合优化在当今全球化的经济环境中，货物运输的效率和成本成为了企业竞争力的关键因素之一。
多式联运作为一种综合运用多种运输方式的物流模式，能够充分发挥各种运输方式的优势，实现货物的高效、经济运输。
然而，如何优化多式联运的组合，以达到最佳的运输效果，是一个复杂的问题。
遗传算法作为一种强大的优化工具，为解决这一问题提供了有效的途径。
多式联运是指由两种及以上的运输方式相互衔接、转运而共同完成的运输过程。
常见的运输方式包括公路运输、铁路运输、水路运输和航空运输等。
每种运输方式都有其特点和适用范围，例如公路运输灵活便捷，但成本较高；铁路运输运量大、成本低，但灵活性相对较差；水路运输成本低、运量大，但运输时间长；航空运输速度快，但成本高昂。
因此，在选择多式联运的组合方式时，需要综合考虑货物的性质、运输距离、运输时间、运输成本等多个因素。
传统的多式联运组合优化方法往往依赖于人工经验和简单的数学模型，难以处理复杂的约束条件和多目标优化问题。
而遗传算法是一种基于自然选择和遗传变异原理的随机搜索算法，具有全局搜索能力强、适应性好等优点，能够有效地解决多式联运组合优化这类复杂的问题。
遗传算法的基本思想是模拟生物进化的过程。
首先，随机生成一组初始解，称为种群。
然后，通过对种群中的个体进行评价和选择，保留适应度高的个体，淘汰适应度低的个体。
适应度函数是根据优化目标和约束条件定义的，用于衡量个体的优劣程度。
接下来，对保留下来的个体进行交叉和变异操作，产生新的个体，组成新的种群。
如此反复迭代，直到满足终止条件，得到最优解或近似最优解。
在多式联运组合优化中，个体可以表示为一种运输方式的组合方案。
例如，个体可以表示为“公路运输一段距离，然后铁路运输，最后水路运输”。
适应度函数可以根据运输成本、运输时间、货物损坏率等因素来定义。
交叉操作可以是交换两个个体中部分运输方式的组合，变异操作可以是随机改变个体中某一段运输方式。
组合优化问题中的遗传算法优化研究
组合优化问题中的遗传算法优化研究随着信息技术不断发展，计算机算法也在不断创新和优化。
其中，遗传算法在组合优化问题中得到了广泛的应用和重视。
本文将从遗传算法的基本原理、组合优化问题、遗传算法优化等方面展开讨论。
一、遗传算法的基本原理遗传算法是一种基于生物进化过程的优化算法，通过模拟进化过程，寻求给定问题的优化解。
遗传算法包括以下基本步骤：1.初始化种群，即初始候选解的随机生成。
2.选择算子，即选取适应度函数值高的候选解。
3.交叉算子，即两个父代个体之间产生子代的操作。
4.变异算子，即对种群中的某些个体进行基因突变的操作。
5.根据预设的停止准则，判断是否满足结束条件。
二、组合优化问题组合优化问题是指从一给定集合中选择一定的元素，并使其满足某些条件的问题。
组合优化问题涉及到多个领域，如图论、操作研究、信息学等。
在组合优化问题中，遗传算法可以帮助确定最优解。
组合优化问题通常有以下几个分类：1.背包问题：即在限定容量下，选取可能的物品使得其总价值最大。
2.图问题：即在一张给定的图中找到满足条件的最佳路径或图。
3.集合问题：即在给定一定条件下找到一个最合适的子集。
三、遗传算法优化遗传算法优化在组合优化问题中发挥着重要作用。
在遗传算法优化过程中，我们需要寻找到最优解，即使得适应度函数值最高。
在优化过程中，我们需要考虑以下问题：1.如何定义适应度函数适应度函数是衡量个体成功的度量标准，它需要合理地衡量每个个体的特定性。
适应度函数通常使用一些常见软件包进行计算。
2.如何选取交叉算子和变异算子交叉和变异算子可以影响解的质量。
交叉算子是指选择两个个体并获得两个子代。
在变异算子中，我们可以随机改变某些基因以获得更好的结果。
3.如何确定种群大小和停止准则种群大小和停止准则是遗传算法中最重要的两个参数。
种群的大小可以影响优化效果。
停止准则也非常重要，当满足停止准则时，算法将终止运行并返回结果。
4.如何选择合适的遗传算法模型遗传算法有多种模型，如标准遗传算法、粒子群优化等。
基于遗传算法的组合优化问题研究与求解
基于遗传算法的组合优化问题研究与求解摘要：组合优化问题是在给定约束条件下，寻求最优组合的一类问题。
遗传算法是一种模拟自然界生物进化过程的优化算法，在组合优化问题的求解中具有良好的鲁棒性和有效性。
本文将探讨基于遗传算法的组合优化问题研究与求解方法，包括问题建模、遗传算子设计、算法流程和应用领域等方面。
一、引言组合优化问题是寻求某种组合下的最优解决方案的一类问题。
这些问题普遍存在于实际生活和工程领域中，如旅行商问题(TSP)、背包问题(KP)、排班问题(SLP)等。
然而，在面对大规模组合优化问题时，传统的求解方法往往面临计算复杂度高、局部极值问题等挑战。
基于遗传算法的组合优化问题求解方法因其良好的鲁棒性和有效性而受到广泛关注。
二、问题建模在基于遗传算法的组合优化问题求解中，首先需要将原始问题转化为适合遗传算法求解的数学模型。
对于不同的组合优化问题，问题建模的方法会有所不同。
以旅行商问题为例，可以将问题抽象为一个图问题，其中节点表示城市，边表示城市之间的路径，需要找到一条路径使得经过每个城市一次且总路径最短。
三、遗传算子设计遗传算法的核心是遗传算子的设计，包括选择、交叉和变异。
选择操作通过以适应度为依据，选择一部分个体作为下一代遗传的父代，保留适应度较高的个体。
交叉操作模拟自然界中的遗传过程，通过交换父母个体的染色体片段，产生新的个体。
变异操作引入随机性，在新个体的染色体中随机改变某一位的基因。
四、算法流程基于遗传算法的组合优化问题求解通常遵循以下步骤：1. 初始化种群：随机生成初始解作为种群的个体。
2. 适应度计算：根据问题的评估函数，计算每个个体的适应度。
3. 选择：根据个体的适应度值，按照一定的选择策略选择部分个体作为下一代的父代。
4. 交叉：选取父代个体进行交叉操作，生成新的个体。
5. 变异：对新生成的个体进行变异操作，引入随机性。
6. 环境选择：根据适应度值，选择新个体和原父代个体构成下一代种群。
基于遗传算法的组合优化问题研究
基于遗传算法的组合优化问题研究随着信息技术的发展和应用范围的扩大，组合优化问题逐渐成为人们关注的焦点之一。
组合优化问题是指在给定的规则下，通过求解一组元素的组合，以求得一种最好的解决方案的问题。
组合优化问题已广泛应用于人工智能、数据挖掘、互联网搜索、交通运输等领域。
但组合优化问题的规模往往很大，求解难度非常高。
因此，需要使用一种高效的算法来处理。
遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法，它通过模拟自然界中遗传和进化的规律，逐渐得到一个最优解。
遗传算法在组合优化问题中得到广泛应用。
一. 遗传算法基本原理遗传算法是一种基于生物进化学的优化算法，它通过模拟自然进化过程来解决各种问题。
遗传算法包含四个基本操作：选择、交叉、突变和适应度评估。
1.选择选择是遗传算法中最重要的操作，它根据目标函数对种群中的个体进行筛选，筛选的方法常用的有：轮盘赌选择、竞争选择、锦标赛选择。
2.交叉交叉是指将两个个体进行交换染色体片段，从而产生新的个体。
在遗传算法中，交叉是使种群变化和进化的主要方法。
3.突变突变是指在个体基因中随机产生变异或插入新基因的过程。
突变是保证种群多样性，提高种群的搜索能力的一种方法。
4.适应度评估适应度评估是指衡量个体质量的指标，在遗传算法中，适应度值越高的个体越容易被选择和繁殖。
二. 组合优化问题的遗传算法解决方法1.背包问题的遗传算法求解背包问题是一种最经典的组合优化问题，它在众多的组合优化问题中有着特殊的地位。
遗传算法求解背包问题的步骤有：（1）初始化种群：随机产生一定数量的个体，并随机生成每个个体的染色体；（2）适应度评估：计算每个个体背包中放置物品的总价值和总体积，计算适应度函数；（3）选择：根据适应度值进行选择，选出一定数量的优良个体；（4）交叉：选出的优良个体进行交叉，产生新的个体；（5）突变：对所有个体进行随机变异，保证种群的多样性；（6）迭代：通过不断地重复上述过程，直到找到最优解或到达设定的迭代次数。
利用遗传算法解决组合优化问题
利用遗传算法解决组合优化问题随着科技的不断进步，人类社会正越来越依赖计算机技术。
对于很多问题而言，找到最优的解决方案可以让我们得到最大化的效益。
但是对于组合优化问题而言，找到最优解并不是一件简单的事情。
常规的算法在解决大规模问题时常常陷入困境，难以得到最优解，因此面对这样的问题，研究人员寻求更为高效的算法进行求解。
而在组合优化问题的求解过程中，遗传算法成为了一种非常有力的工具。
遗传算法的核心思想是基于自然选择理论，对每一个备选解生成一个染色体，并通过模拟自然选择和遗传操作来不断地进化出更加优秀的解。
下面我们将详细介绍如何利用遗传算法提高组合优化问题的求解效率。
一、遗传算法的基本流程遗传算法是一种通过模仿生物遗传学中的进化原理，不断进化求解问题的一种方法。
通俗来说，我们可以把遗传算法看作一种从优秀个体中通过自然选择，不断筛选和改进，最终获得最优化解的一种算法。
通常情况下，遗传算法的求解过程可以简单归纳为以下几步：1. 初始化群体：首先我们需要确定一定数量的染色体，生成初始的群体。
这些染色体可以通过多种方式生成，比如直接随机生成、通过已知的优秀解生成等。
若干数量的染色体组成的群体就是种群。
2. 适应度评估：在种群中的每个染色体都需要计算其适应度，也就是解决问题的能力。
一般情况下，适应度评估是通过代价函数来实现的。
3. 选择运算：适应度评估完成后，我们需要选择一些适应度较高的染色体保留下来。
这里有多种选择方式，比如轮盘赌、锦标赛选择等。
4. 交叉运算：保留下来的染色体可能还需要进一步优化。
通过交叉运算，将两个染色体的部分基因进行交换可以得到两个新的染色体。
交叉运算可以增强群体的多样性。
5. 变异运算：在交叉操作之后，为了不陷入局部最优解，我们需要对部分染色体进行变异，以增加搜索空间的广度和深度。
6. 新群体形成：经过上述操作，新的染色体形成了。
利用这些染色体更新原有的种群，完成一轮演化。
7. 判断结束条件：将新的染色体送回第二步，不断迭代处理直到满足结束条件。
遗传算法论文答辩
遗传算法基本概念与原理
序号 遗传学概念 遗传算法概念 数学概念
9/20
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
个体
群体 染色体 基因 基因位 适应值 种群 选择 交叉 交叉概率 变异 变异概率 进化、 适者生存
要处理的基本对象、结构
个体的集合 个体的表现形式 染色体中的元素 某一基因在染色体中的位置 个体对于环境的适应程度，或在环境压力下的 生存能力 被选定的一组染色体或个体 从群体中选择优胜的个体，淘汰劣质个体的操 作 一组染色体上对应基因段的交换 染色体对应基因段交换的概率（可能性大小） 染色体水平上基因变化 染色体上基因变化的概率（可能性大小） 个体进行优胜劣汰的进化，一代又一代地优化
遗传算法提供了一种求解复杂系统问题的通用框架，它
5/20
不依赖于问题的具体领域，对问题的种类有很强的鲁棒性，所以
GA在函数优化，组合优化、生产调度问题、自动控制、机器人
学、图象处理、人工生命、遗传编码和机器学习等方面获得了广 泛的运用。从遗传算法的理论和技术两方面概述目前的研究现状；
描述遗传算法的主要特点、基本原理；应用遗传算法来解决函数
遗传算法基本概念与原理
8/20
遗传算法的基本思想正是基于模仿生物 界遗传学的遗传过程．它把问题的参数用 基因代表，把问题的解用染色体代表（在 计算机里用二进制码表示），从而得到一 个由具有不同染色体的个体组成的群体． 这个群体在问题特定的环境里生存竞争， 适者有最好的机会生存和产生后代．后代 随机化地继承了父代的最好特征，并也在 生存环境的控制支配下继续这一过程。
N
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遗传算法基本概念与原理
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,
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.。
基于改进遗传算法的组合优化问题研究
基于改进遗传算法的组合优化问题研究随着科技不断发展，计算机算法的研究也随之发展，其中组合优化问题一直是一个研究热点。
组合优化问题是计算机科学中的一个重要研究方向，研究如何在给定的约束条件下，进行组合排列，以达到最优化的目的。
而基于改进遗传算法的组合优化问题研究，正是当今计算机算法领域的热门话题。
组合优化问题涉及到的算法很多，但经典优化算法的缺陷就是易陷入局部最优解，所以将改进的遗传算法应用于组合优化问题中，有望解决这一问题。
所谓遗传算法，就是通过模拟自然界中的进化过程，不断筛选和迭代，最终找到一组近可能的最优解。
而如何对遗传算法进行有效的改进，是本研究的核心问题。
基于改进遗传算法的组合优化问题研究需要从以下几个方面入手：一、研究设计优秀的遗传编码方案在遗传算法中，适当的编码是优化成功的关键。
优秀的遗传编码方案应符合问题的实际含义且易于建立映射模型。
在组合优化问题中，可采用二进制编码方式，根据所涉及的变量数确定编码长度。
而现有的遗传编码方案工具大多采取一维或二维编码，这种编码方式解决问题的范围是有限的。
因此，研究优秀的遗传编码方案，将会对组合优化问题的求解起到关键性的作用。
二、研究适宜的遗传算子遗传算子是指遗传算法中的三个重要操作：选择、交叉和变异。
优秀的遗传算子选择确定性和随机性之间的平衡，为后续遗传过程提供良好的基础。
选择操作能够保留优秀个体，使其持续进化，避免算法陷入局部最优解。
交叉操作可以有效结合两个遗传编码，产生新的个体，并增加群体多样性。
变异操作对个体进行随机变化以增加群体多样性，并且保证新个体未知，防止算法陷入局部最优解。
经过研究，我们发现改进后的遗传算子对于组合优化问题求解有很大帮助。
三、研究适宜的适应度函数计算方式在遗传算法中，适应度函数是判断个体适应程度的一种度量方式，是判断种群个体优劣的最基本也是最重要的标准。
而如何选择适宜的适应度函数，将会对组合优化问题求解的准确性和速度产生重要影响。
组合优化问题的遗传算法优化研究
组合优化问题的遗传算法优化研究I. 引言随着信息技术的高速发展，组合优化问题的规模越来越大，求解难度也越来越高。
众所周知，组合优化问题是一个NP难题，对于这类问题，目前尚未找到高效的解决方案。
因此，对于组合优化问题的求解，需要寻找一种高效的算法。
本文将研究基于遗传算法的组合优化问题求解方案。
II. 组合优化问题组合优化问题是指在有限的一组元素中选取一部分元素的问题。
其中，组合是指选取的元素之间无序，而排列问题则是指选取的元素之间有序。
组合优化问题通常伴随着多个约束限制，例如最小化或最大化目标函数等。
组合优化问题广泛应用于物流、生产调度、网络优化等领域，是现代化产业的关键技术。
III. 遗传算法遗传算法是一种模拟自然进化过程的算法，是一种重要的全局优化方法。
在遗传算法中，利用基因代表问题的解，通过基因交叉、基因变异、选择等进化操作来不断优化种群，并最终得到全局最优解。
遗传算法已被广泛应用于组合优化问题等领域。
IV. 遗传算法在组合优化问题中的应用在组合优化问题中，利用遗传算法来求解问题，具体的步骤如下：1. 初始化种群：在组合优化问题中，种群代表着解的集合。
初始种群可以使用随机生成的方法。
2. 选择操作：选择操作是指从当前种群中挑选出一部分个体，用于参与下一步的遗传操作。
常用的选择操作有轮盘赌选择、锦标赛选择等。
3. 交叉操作：交叉操作是指将两个种群个体的某些特征互相交换，产生新的解。
交叉操作可以使用单点交叉、多点交叉等方法。
4. 变异操作：变异操作是指对某个个体的某个特征进行变异，产生新的解。
变异操作可以使用随机变异、局部变异等方法。
5. 繁殖新种群：通过选择、交叉、变异等步骤，生成新的种群并替代当前种群。
6. 终止条件：当种群的解满足某个条件时，如达到最大迭代次数、达到一定的最优解品质等，则停止遗传算法的求解过程。
V. 实验结果分析为了验证基于遗传算法的组合优化问题求解方法的有效性，我们使用了一个实验来验证。
基于遗传算法的组合优化问题的研究
基于遗传算法的组合优化问题的研究一、引言遗传算法作为一种重要的优化算法已经广泛应用于组合优化问题的研究中。
组合优化问题是一类经典的优化问题，它涉及从一组候选解中选择最优解的任务。
本文将围绕基于遗传算法的组合优化问题展开研究，分为以下几个方面进行探讨。
二、基本理论组合优化问题是NP困难问题的典型代表，其求解难度较大。
遗传算法是通过模拟自然界生物进化过程的优化算法，具有全局搜索能力和自适应性等优点，因此在解决组合优化问题中被广泛应用。
遗传算法通过模拟生物的遗传、突变、交叉等过程，通过不断迭代逐渐优化候选解，以期得到最优解。
三、问题建模组合优化问题的建模是解决该问题的关键步骤。
在建模过程中，需要明确问题的目标函数和约束条件。
目标函数描述了问题的优化目标，约束条件则限制了解的可行性。
基于遗传算法的组合优化问题建模旨在将问题转换为一个适合遗传算法求解的形式。
四、遗传算法过程遗传算法的求解过程包括初始化种群、选择操作、交叉操作、变异操作和适应度评估等步骤。
首先，通过随机生成一组初始解来初始化种群。
然后，根据个体的适应度值进行选择操作，选择出一部分优秀的个体。
接下来，通过交叉操作将选出的个体进行基因交换，产生下一代种群。
最后，通过变异操作对新种群的个体进行基因突变，以增加解的多样性。
每一代种群的个体都需要进行适应度评估，以确定最优个体。
五、改进策略遗传算法的性能受到问题规模和参数设定的影响。
针对不同问题，可以采用一些改进策略来提高遗传算法的求解效果。
例如，可以采用多起点搜寻策略来增加解的搜索范围，或者引入局部搜索算子以加速收敛速度。
此外，遗传算法还可以与其他优化算法相结合，形成混合算法，以融合各自的优点。
六、应用场景基于遗传算法的组合优化问题在许多领域都有广泛的应用。
例如，在物流领域中，通过优化货物的装载顺序和路径规划，可以有效降低运输成本。
又如，在制造业中，通过优化机器的排列和工艺顺序，可以提升生产效率。
在电力系统中，通过优化电力调度和能源分配，可以提高能源利用效率。
基于遗传算法的组合优化问题研究-毕业设计答辩
随机生成城市
各个模块的具体实现
顺序 近邻表示
矩阵表示
整数编码
各个模块的具体实现
步骤三
城市编码
整数编码： n个城市分别用 0到n-1之间不 同的整数表示 ，n个数的一个 排列就代表旅 行商问题的一 个可能解 ，同 时亦是染色体 的一种构成。
自然，简单和符合逻辑 满足TSP问题的约束条件
保证了每个城市经过且只经过一次，并 且保证任何一个城市子集中不形成回路。
遗传算法的优点
遗传算法作为一种模拟生物进 化的一种算法，提供了一种求解复 杂系统优化问题的通用框架。它不 依赖于问题的具体领域，对问题的 种类有很强的鲁棒性，具有自组织、 自适应和自学习性。这种自组织、 自适应特性不需要事先描述问题的 全部特点，所以可解决那些复杂的 非结构化问题。
设计的基本流程
圆形地图：当用户选 择圆形地图时，程序 接收一个圆形地图菜 单响应消息，调用圆 形坐标地图类，然后 调用函数在屏幕上画 一个圆形地图。
直角坐标地图
圆形地图
各个模块的具体实现
步骤二
城市生成
用户可以点击鼠标左键产生城市，也可 以选择菜单栏的设置城市选项，通过输入 城市数目来随机生成城市。还可以按指定 的城市坐标，设置指定的城市。当然，如 果用户选择错了城市，可以在该城市上点 击鼠标右键来清除城市。如果用户要清除 所有的城市，可以双击鼠标右键或选择菜 单栏的结束选项，都可以清除所有的城市 。
设计中所做的改进
二
改进循环交叉算法
通过认真分析循环交叉算法的原理， 根据具体的编程实现，对原循环交叉算 法作了改进。对原循环交叉中子代初始 位设为定值的情况，在本设计中我改为 了随机值。这样，种群的结果会多样化 ，从而避免了“早熟收敛”现象。最后 ，对两种算法进行了仿真实验，并且对 实验结果进行了比较，详细情况见论文 5.4节。
组合优化问题的遗传算法优化策略研究
组合优化问题的遗传算法优化策略研究在实际工程应用中，组合优化问题具有重要的应用价值。
然而，这类问题的解决难度很大，因为其解空间很大，很难找到最优解。
就算找到了最优解，计算时间也是非常长的。
因此，需要合适的优化策略，以更快速、更有效地求解组合优化问题。
近年来，遗传算法作为一种新兴的优化方法，被不少学者应用于组合优化问题中。
遗传算法的优化流程遗传算法源自生物进化与自然选择的基本原理。
遗传算法的优化流程可以简述如下：1. 初始化种群：随机生成一些可供选择的个体，即种群。
2. 适应度计算：对每个个体进行评估，得出适应度值。
3. 选择操作：根据适应度值，选择一些优良的个体生成下一代。
4. 交叉操作：以一定概率对被选中的个体进行交叉，生成新的个体。
5. 变异操作：以一定概率对新个体进行变异，生成更多个体。
6. 重复以上操作直到满足终止条件。
在遗传算法优化过程中，交叉和变异操作是寻找新解的主要手段。
交叉是将两个个体的某些特征进行随机组合产生新个体，而变异是在原有个体的某些基因位置进行一定程度的随机改变。
选择操作是为了从种群中选出适应度高的个体，加快优化的速度。
常见的选择方法有轮盘赌选择、锦标赛选择等。
其中轮盘赌选择是采用“选出一个个体的概率与其适应度成正比”的原则进行选择。
遗传算法的实现在具体实现遗传算法时，我们需要考虑以下问题：1. 编码方案：将问题中的元素转化为计算机可以处理的形式。
在组合优化问题中，元素可以是逻辑上的0/1的排列、在集合中的子集或路径等。
种群的个体由这些元素组成，称之为基因型。
2. 适应度函数：用来度量个体基因型的好坏。
在组合问题中，适应度函数可以表示为被优化函数的值，或者问题的限制条件满足度。
3. 交叉、变异概率：控制交叉和变异的发生率，影响种群的多样性与收敛速度。
4. 停止准则：在何种条件下停止算法的迭代过程，可以是达到预设代数，或者目标函数的收敛，或者种群平稳等标准。
在实际研究中，针对不同的组合问题，以上参数会有所不同，需要根据实际情况进行调整。
遗传算法毕业答辩PPT课件
第一部分
绪论
01
第二部分
数据挖掘概述 02
第三部分 遗传算法概述
03
第四部分
遗传算法的改进 04
第1页/共40页
第五部分
遗传算法的 应用实例
05
06
第六部分 总结与展望
绪论
选题背景及研究意义 国内外研究现状
第2页/共40页
选题背景及研究意义
数据挖掘和遗传 算法在不同领域 有着广泛的应用
• 构造智能专家系统
• 利用概念进行文本挖掘
第4页/共40页
国内外遗传算法研究现状
第一部分
六十 年代
七十 年代
八十 年代
九十 年代
第5页/共40页
数据挖掘概述
定义 过程 技术 应用 问题与挑战
第6页/共40页
数据挖掘的概念
第二部分
定义：
数据挖掘就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机 的实际应用数据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道的、 但又是潜在有用的信息和知识的过程 。
设第1轮随机数为0.72，则第6个 个体被选中，第2轮随机数为0.15， 则第1个个体被选中，第3轮随机 数为0.30，则第2个个体被选中； 以此类推，第4，5，6轮随机数 为0.55，0.92，0.40，则第4，9， 3个个体依次被选中。
第22页/共40页
交叉算子
单点 交叉
第三部分
多点 交叉
交叉
第32页/共40页
Matlab遗传算法GUI求函数最大值
第五部分
第33页/共40页
Matlab遗传算法求解TSP问题
第五部分
“旅行商问题”(Traveling Salesman Problem,TSP)可 简单描述为：一位销售商从n个城市中的某一城市出发， 不重复地走完其余n-1个城市并回到原出发点，在所有 可能路径中求出路径长度最短的一条。
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TSP问题的实用价值
很多实际应用问题， 经过简化处理后，均 可建模为TSP问题， 因而对TSP问题求解 方法的研究具有重要 实际价值。 应用一:TSP问题最直 接的应用是车辆选路 应用推广：校车的选路；公路,铁路的铺设,输油 管道的铺设；灌溉水道的选取,调水工程(例如,南 水北调工程)路线的选择；行军路线的选择等。
遗传算法简介
遗传算法是仿照人类社会的进化过程 提出的，它首先利用随机方式产生一初 始群体，群体中的每个个体称为染色体, 它对应着优化问题的一个可能解,染色体 的最小组成元素称为基因，它对应可能 解的某一特征，即设计变量。染色体的 评价函数值反映可能解的优劣,按照优胜 劣汰原则对染色体进行选择,相对“好” 的个体得以繁殖,相对“差”的个体将死 亡,因此群体整体的性能,通过选择,交叉, 变异等过程将趋于改善,经过若干代繁衍 进化就可使群体性能趋于最佳。即能找 到最优解。
圆形地图：当用户选 择圆形地图时，程序 接收一个圆形地图菜 单响应消息，调用圆 形坐标地图类，然后 调用函数在屏幕上画 一个圆形地图。
直角坐标地图
圆形地图
各个模块的具体实现
步骤二
城市生成
用户可以点击鼠标左键产生城市，也可 以选择菜单栏的设置城市选项，通过输入 城市数目来随机生成城市。还可以按指定 的城市坐标，设置指定的城市。当然，如 果用户选择错了城市，可以在该城市上点 击鼠标右键来清除城市。如果用户要清除 所有的城市，可以双击鼠标右键或选择菜 单栏的结束选项，都可以清除所有的城市 。
具体实践所达到的效果
当将一系列诸于车辆选路问题 ，印制电路板问题，连锁店的货物 配送路线问题建模为TSP问题后， 将其中的目标点看作城市，将路费 开销等看作是本设计中的路径，经 过程序的一系列操作，最后可以求 出一条最优路径。
具体实践所达到的效果
具体实践所达到的效果
结束语
遗传算法是一种求解组合优化问题的模 拟人类进化的有效算法，而TSP问题是最 经典的组合优化问题，可推广应用于VLSI 芯片设计、电路版布局、机器人控制、车 辆选路等领域。本文就是从研究最经典的 TSP问题入手，设计了一个用遗传算法解 决TSP问题的方法，并通过地图来进行仿 真。并且对其中的某些算法进行了改进， 并且对结果进行了比较。 另外，遗传算法是新发展起来的一门学 科，各种理论，方法尚未成熟，需要进一 步地发展和完善，这需要你，需要我，来 不断的推动它向前发展。
各个模块的具体实现
步骤四
遗传算法的相关参数的设置
各个模块的具体实现
步骤五
部分匹配交叉算法 顺序交叉算法
交叉算子
改进循环交叉算法
改进循环贪心交叉算法
各个模块的具体实现
步骤六
基于次序的变异算法 基于位置的变异算法
变异算子
倒位变异算法
各个模块的具体实现
步骤七
计算模块
当点击菜单开始后，程序开始 进行寻路算法。经过不断的选择， 交叉，变异，淘汰适应度比较差的 解，保留好的解，经过一代代的循 环，最终找到一条最优的染色体， 即找到一条最优路径。
TSP问题的实用价值
应用二：印制电路板 的钻空路线方案
应用推广：城市水管， 电缆，电话线的铺设； 网络布线等等。
TSP问题的实用价值
应用三：连锁店的货 物配送路线 。 应用推广：货运公司 上门取货，送货上门 的路线；邮局取运邮 件的路线等等。 其实，TSP问题的应用还很多，像DNA基因序列 长度的计算，机器人控制等。在此就不一一介 绍
随机生成城市
各个模块的具体实现
顺序 近邻表示
矩阵表示
整数编码
各个模块的具体实现
步骤三
城市编码
整数编码： n个城市分别用 0到n-1之间不 同的整数表示 ，n个数的一个 排列就代表旅 行商问题的一 个可能解 ，同 时亦是染色体 的一种构成。
自然，简单和符合逻辑 满足TSP问题的约束条件
保证了每个城市经过且只经过一次，并 且保证任何一个城市子集中不形成回路。
设计中所做的改进
二
改进循环交叉算法
通过认真分析循环交叉算法的原理， 根据具体的编程实现，对原循环交叉算 法作了改进。对原循环交叉中子代初始 位设为定值的情况，在本设计中我改为 了随机值。这样，种群的结果会多样化 ，从而避免了“早熟收敛”现象。最后 ，对两种算法进行了仿真实验，并且对 实验结果进行了比较，详细情况见论文 5.4节。
遗传算法的优点
遗传算法作为一种模拟生物进 化的一种算法，提供了一种求解复 杂系统优化问题的通用框架。它不 依赖于问题的具体领域，对问题的 种类有很强的鲁棒性，具有自组织、 自适应和自学习性。这种自组织、 自适应特性不需要事先描述问题的 全部特点，所以可解决那些复杂的 非结构化问题。
设计的基本流程
TSP问题的遗传算法求解方案
计算机科学与技术二班
要点陈述
1 3 TSP问题的定义及其实用价值
2
遗传算法简介及设计的具体模块
要点陈述
5 3 各个模块的具体实现 设计中所做的改进 具体实践所达到的效果
6 3
7
8
结束语
TSP问题的定义
TSP（traveling salesman problem， 即旅行商问题）的文 字描述可以如下表达： 给定一组N个城市和他 们两两之间的直达距 离，找出一个闭合的 旅程，使得每个城市 刚好经过一次且总的 旅行距离最短。
设计中所做的改进
三
改进循环贪心交叉算法
在原循环贪心交叉算法理论中，当所 有的城市都被扩展时，算法会随机选取 一个城市进行扩展，但由于随机数的产 生没有规律，当城市数目较大时，会消 耗大量的时间。本设计经过改进，通过 循环在城市队列中来选取城市，这样会 节省大量时间。最后，对两种算法进行 了仿真实验，并且对实验结果进行了比 较，详细情况见论文5.4节。
设计的具体模块
城市生成模块 遗传算法参数设置模块
地图选择模块
毕业设计
交叉算子选择模块
具体输出信息显示模块
变异算子选择模块
各个模块的具体实现
步骤一
选择地图
直角坐标地图：当用 户选择直角坐标地图 时，程序接收一个菜 单响应消息，调用直 角坐标地图类，然后 调用函数在屏幕上画 一个700*420像素的直 角坐标地图，默认地 图为直角坐标地图。
各个模块的具体实现
步骤八
结果显示模块
当找到一条最优路径以后，程 序即停止运行。最终会用有色线条 将图上的城市点连接起来，并且标 出旅行城市的起点以及各个城市的 访问顺序和编号。同时会将旅行路 线的长度，以及算法所消耗的时间 显示出来。
程序结果
设计中所做的改进
一
数据结构的改进
一般情况下，对于求解TSP问题，均 定义图状数据结构，这样，就必须定义 一系列的操作函数。本设计基于STL(标 准模板库)中包含了诸多在计算机科学领 域里所常用的基本数据结构和基本算法, 因此在VC++中应用STL进行编程。这样 ,既避免了定义复杂数据结构所带来时间 上的开销，又提供了更好的代码重用机 会。