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[導(dǎo)讀]遺傳算法的手工模擬計(jì)算示例

為更好地理解遺傳算法的運(yùn)算過(guò)程,下面用手工計(jì)算來(lái)簡(jiǎn)單地模擬遺傳算法的各
    個(gè)主要執(zhí)行步驟。
 
     例:求下述二元函數(shù)的最大值:

    (1) 個(gè)體編碼
           遺傳算法的運(yùn)算對(duì)象是表示個(gè)體的符號(hào)串,所以必須把變量 x1, x2 編碼為一種
       符號(hào)串。本題中,用無(wú)符號(hào)二進(jìn)制整數(shù)來(lái)表示。
           因 x1, x2 為 0 ~ 7之間的整數(shù),所以分別用3位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制整數(shù)來(lái)表示,將它
       們連接在一起所組成的6位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)就形成了個(gè)體的基因型,表示一個(gè)可
       行解。
           例如,基因型 X=101110 所對(duì)應(yīng)的表現(xiàn)型是:x=[ 5,6 ]。
           個(gè)體的表現(xiàn)型x和基因型X之間可通過(guò)編碼和解碼程序相互轉(zhuǎn)換。

(2) 初始群體的產(chǎn)生
          遺傳算法是對(duì)群體進(jìn)行的進(jìn)化操作,需要給其淮備一些表示起始搜索點(diǎn)的初始
      群體數(shù)據(jù)。
         本例中,群體規(guī)模的大小取為4,即群體由4個(gè)個(gè)體組成,每個(gè)個(gè)體可通過(guò)隨機(jī)
     方法產(chǎn)生。
          如:011101,101011,011100,111001
        
 (3) 適應(yīng)度汁算
          遺傳算法中以個(gè)體適應(yīng)度的大小來(lái)評(píng)定各個(gè)個(gè)體的優(yōu)劣程度,從而決定其遺傳
       機(jī)會(huì)的大小。
          本例中,目標(biāo)函數(shù)總?cè)》秦?fù)值,并且是以求函數(shù)最大值為優(yōu)化目標(biāo),故可直接
       利用目標(biāo)函數(shù)值作為個(gè)體的適應(yīng)度。

 (4)  選擇運(yùn)算
          選擇運(yùn)算(或稱(chēng)為復(fù)制運(yùn)算)把當(dāng)前群體中適應(yīng)度較高的個(gè)體按某種規(guī)則或模型遺傳到下一代群體中。一般要求適應(yīng)度較高的個(gè)體將有更多的機(jī)會(huì)遺傳到下一代
      群體中。                  
本例中,我們采用與適應(yīng)度成正比的概率來(lái)確定各個(gè)個(gè)體復(fù)制到下一代群體中
     的數(shù)量。其具體操作過(guò)程是:
         •  先計(jì)算出群體中所有個(gè)體的適應(yīng)度的總和  fi  ( i=1.2,…,M );
         •  其次計(jì)算出每個(gè)個(gè)體的相對(duì)適應(yīng)度的大小 fi / fi ,它即為每個(gè)個(gè)體被遺傳
             到下一代群體中的概率,
         •  每個(gè)概率值組成一個(gè)區(qū)域,全部概率值之和為1;
         •  最后再產(chǎn)生一個(gè)0到1之間的隨機(jī)數(shù),依據(jù)該隨機(jī)數(shù)出現(xiàn)在上述哪一個(gè)概率區(qū)
             域內(nèi)來(lái)確定各個(gè)個(gè)體被選中的次數(shù)。

(5)  交叉運(yùn)算
        交叉運(yùn)算是遺傳算法中產(chǎn)生新個(gè)體的主要操作過(guò)程,它以某一概率相互交換某
    兩個(gè)個(gè)體之間的部分染色體。
       本例采用單點(diǎn)交叉的方法,其具體操作過(guò)程是:
       • 先對(duì)群體進(jìn)行隨機(jī)配對(duì);
       • 其次隨機(jī)設(shè)置交叉點(diǎn)位置;
       • 最后再相互交換配對(duì)染色體之間的部分基因。

(6)  變異運(yùn)算
         變異運(yùn)算是對(duì)個(gè)體的某一個(gè)或某一些基因座上的基因值按某一較小的概率進(jìn)
     行改變,它也是產(chǎn)生新個(gè)體的一種操作方法。
        本例中,我們采用基本位變異的方法來(lái)進(jìn)行變異運(yùn)算,其具體操作過(guò)程是:
        • 首先確定出各個(gè)個(gè)體的基因變異位置,下表所示為隨機(jī)產(chǎn)生的變異點(diǎn)位置,
          其中的數(shù)字表示變異點(diǎn)設(shè)置在該基因座處;
        • 然后依照某一概率將變異點(diǎn)的原有基因值取反。

對(duì)群體P(t)進(jìn)行一輪選擇、交叉、變異運(yùn)算之后可得到新一代的群體p(t+1)。

從上表中可以看出,群體經(jīng)過(guò)一代進(jìn)化之后,其適應(yīng)度的最大值、平均值都得
    到了明顯的改進(jìn)。事實(shí)上,這里已經(jīng)找到了最佳個(gè)體“111111”。      
[注意]     
        需要說(shuō)明的是,表中有些欄的數(shù)據(jù)是隨機(jī)產(chǎn)生的。這里為了更好地說(shuō)明問(wèn)題,
   我們特意選擇了一些較好的數(shù)值以便能夠得到較好的結(jié)果,而在實(shí)際運(yùn)算過(guò)程中
   有可能需要一定的循環(huán)次數(shù)才能達(dá)到這個(gè)最優(yōu)結(jié)果。

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