遗传算法的C语言程序案例教学提纲.docx
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遗传算法的C语言程序案例教学提纲
遗传算法的C语言程序案例
遗传算法的C语言程序案例
一、说明
1.本程序演示的是用简单遗传算法随机一个种群,然后根据所给的交叉率,变异率,世代数计算最大适应度所在的代数
2.演示程序以用户和计算机的对话方式执行,即在计算机终端上显示“提示信息”之后,由用户在键盘上输入演示程序中规定的命令;相应的输入数据和运算结果显示在其后。
3.举个例子,输入初始变量后,用y=(x1*x1)+(x2*x2),其中-2.048<=x1,x2<=2.048作适应度函数求最大适应度即为函数的最大值
4.程序流程图
5.类型定义
intpopsize;//种群大小
intmaxgeneration;//最大世代数
doublepc;//交叉率
doublepm;//变异率
structindividual
{
charchrom[chromlength+1];
doublevalue;
doublefitness;//适应度
};
intgeneration;//世代数
intbest_index;
intworst_index;
structindividualbestindividual;//最佳个体
structindividualworstindividual;//最差个体
structindividualcurrentbest;
structindividualpopulation[POPSIZE];
3.函数声明
voidgenerateinitialpopulation();
voidgeneratenextpopulation();
voidevaluatepopulation();
longdecodechromosome(char*,int,int);
voidcalculateobjectvalue();
voidcalculatefitnessvalue();
voidfindbestandworstindividual();
voidperformevolution();
voidselectoperator();
voidcrossoveroperator();
voidmutationoperator();
voidinput();
voidoutputtextreport();
6.程序的各函数的简单算法说明如下:
(1).voidgenerateinitialpopulation()和voidinput()初始化种群和遗传算法参数。
input()函数输入种群大小,染色体长度,最大世代数,交叉率,变异率等参数。
(2)voidcalculateobjectvalue();计算适应度函数值。
根据给定的变量用适应度函数计算然后返回适度值。
(3)选择函数selectoperator()
在函数selectoperator()中首先用rand()函数产生0~1间的选择算子,当适度累计值不为零时,比较各个体所占总的适应度百分比的累计和与选择算子,直到达到选择算子的值那个个体就被选出,即适应度为fi的个体以fi/∑fk的概率继续存在;
显然,个体适应度愈高,被选中的概率愈大。
但是,适应度小的个体也有可
能被选中,以便增加下一代群体的多样性。
(4)染色体交叉函数crossoveroperator()
这是遗传算法中的最重要的函数之一,它是对个体两个变量所合成的染色体进行交叉,而不是变量染色体的交叉,这要搞清楚。
首先用rand()函数产生随机概率,若小于交叉概率,则进行染色体交叉,同时交叉次数加1。
这时又要用rand()函数随机产生一位交叉位,把染色体的交叉位的后面部分交叉即可;若大于交叉概率,则进行简单的染色体复制即可。
(5)染色体变异函数mutation()
变异是针对染色体字符变异的,而不是对个体而言,即个体变异的概率是一样。
随机产生比较概率,若小于变异概率,则1变为0,0变为1,同时变异次数加1。
(6)longdecodechromosome(char*,int,int)
本函数是染色体解码函数,它将以数组形式存储的二进制数转成十进制数,然后才能用适应度函数计算。
(7)voidfindbestandworstindividual()本函数是求最大适应度个体的,每一代的所有个体都要和初始的最佳比较,如果大于就赋给最佳。
(8)voidoutputtextreport()输出种群统计结果
输出每一代的种群的最大适应度和平均适应度,最后输出全局最大值
二、运行环境
本程序的开发工具是VC++,在VC++下运行。
源代码
#include"stdafx.h"
#include
#include
#include
/////////////Thedefinitonofuserdata定义用户数据////
#defineCmax100//certainmaximalvalue
#defineCmin0//certainminimumvalue
#defineLENGHT13
#defineLENGHT23
//总染体长度
#defineCHROMLENGTHLENGHT1+LENGHT2
constintMaxGeneration=100;
constintPopSize=10;
constdoublePc=0.6;
constdoublePm=0.001;
//////////////数据结构定义///////////////////
structIndividual{
charchrom[CHROMLENGTH+1];
doublevalue;
doublefitness;
};
intgeneration;
intbestIndex;
intworstIndex;
IndividualbestIndividual;
IndividualworstIndividual;
//bestindividualbynow
IndividualcurrentBest;
Individualpopulation[PopSize];
///////////////////////
voidgenerateInitialPopulation();
voidgenerateNextPopulation();
voidevalutePopulation();
longdecomdeChromosome(char*,int,int);
voidcalculateObjectValue();
voidcalculateFitnessValue();
voidfindBestAndWorstIndividual();
voidperformEvolution();
voidselectionOperator();
voidcrossoverOperator();
voidmutationOperator();
voidoutputTextReport();
//以上为函数以及全局变量定义部分
intmain(){
generation=0;
generateInitialPopulation();
evalutePopulation();
while(generationgeneration++;
generateNextPopulation();
evalutePopulation();
performEvolution();
outputTextReport();
}
system("pause");
return0;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////
//////产生第一代样本/////
voidgenerateInitialPopulation(){
inti,j;
srand((unsigned)time(NULL));
for(i=0;ifor(j=0;jpopulation[i].chrom[j]=((rand()%10)<5)?
'0':
'1';
}
population[i].chrom[CHROMLENGTH]='/0';
}
}
////////产生下一代样本//////
voidgenerateNextPopulation(){
selectionOperator();
crossoverOperator();
mutationOperator();
}
//变异算子//
voidmutationOperator(){
inti,j;
doublep;
//bitmutation
for(i=0;ifor(j=0;jp=rand()%1000/1000.0;
if(ppopulation[i].chrom[j]=(population[i].chrom[j]=='0')?
'1':
'0';
}
}
}
}
//交叉算子///
voidcrossoverOperator(){
inti,j;
intindex[PopSize];
intpoint,temp;
doublep;
charch;
for(i=0;iindex[i]=i;
}
for(i=0;ipoint=rand()%(PopSize-i);
temp=index[i];
index[i]=index[point+i];
index[point+i]=temp;
}
for(i=0;ip=rand()%1000/1000.0;
if(ppoint=rand()%(CHROMLENGTH-1)+1;
for(j=point;jch=population[index[i]].chrom[j];
population[index[i]].chrom[j]=population[index[i+1]].chrom[j];
population[index[i+1]].chrom[j]=ch;
}
}
}
}
///选择算子/////////////
voidselectionOperator(){
inti,index;
doublep,sum=0.0;
doublecfitness[PopSize];
Individualnewpopulation[PopSize];
for(i=0;isum+=population[i].fitness;
}
for(i=0;icfitness[i]=population[i].fitness/sum;
}
//calculatecumulativefitness
for(i=1;icfitness[i]=cfitness[i]+cfitness[i-1];
}
for(i=0;ip=rand()%1000/1000.0;
index=0;
while(p>cfitness[index]){
index++;
}
newpopulation[i]=population[index];
}
for(i=0;ipopulation[i]=newpopulation[i];/
}
}
/////依据某些公式对样本进行评价////
voidevalutePopulation(){
calculateObjectValue();
calculateFitnessValue();
findBestAndWorstIndividual();/
}
//找出到目前为止最好的个体//////
voidfindBestAndWorstIndividual(){
inti;
doublesum=0.0;
bestIndividual=population[0];
worstIndividual=population[0];
for(i=0;iif(population[i].fitness>bestIndividual.fitness){
bestIndividual=population[i];
bestIndex=i;
}elseif(population[i].fitnessworstIndividual=population[i];
worstIndex=i;
}
sum+=population[i].fitness;
}
if(generation==0){
currentBest=bestIndividual;
}else{
if(bestIndividual.fitness>currentBest.fitness){
currentBest=bestIndividual;
}
}
}
//计算适应度///
voidcalculateFitnessValue(){
inti;
longtemp1,temp2;
doublex1,x2;
for(i=0;itemp1=decomdeChromosome(population[i].chrom,0,LENGHT1);
temp2=decomdeChromosome(population[i].chrom,LENGHT1,LENGHT2);
x1=temp1*temp1;
x2=temp2*temp2;
population[i].fitness=x1+x2;//x1平方加上x2平方
}
}
//计算目标值
//目标函数为f(x)=x1*x1+x2*x2
voidcalculateObjectValue(){
inti;
longtemp1,temp2;
doublex1,x2;
for(i=0;itemp1=decomdeChromosome(population[i].chrom,0,LENGHT1);
temp2=decomdeChromosome(population[i].chrom,LENGHT1,LENGHT2);
x1=temp1*temp1;
x2=temp2*temp2;
population[i].value=x1+x2;
}
}
//把二进制转化为十进制
longdecomdeChromosome(char*string,intpoint,intlength){
inti;
longdecimal=0L;
char*pointer;
for(i=0,pointer=string+point;idecimal+=(*pointer-'0')<<(length-1-i);
}
returndecimal;
}
//进经同时把最坏个体用目前最好个体替代///
voidperformEvolution(){
if(bestIndividual.fitness>currentBest.fitness){
currentBest=population[bestIndex];
}else{
population[worstIndex]=currentBest;
}
}
//打印当前样本信息///
voidoutputTextReport(){
inti;
doublesum;
doubleaverage;
sum=0.0;
for(i=0;isum+=population[i].value;
}
average=sum/PopSize;
printf("gen=%d,avg=%f,best=%f",generation,average,currentBest.value);
printf("chromosome=");
for(i=0;iprintf("%c",currentBest.chrom[i]);
}
printf("/n");
}