研一人工智能课后作业—实现遗传算法（C++版本）

红太狼 2023-09-27 12:40 127阅读 0赞

C++版本过于困难，但是运算速度超快！

#### 目录：人工智能课程作业 ####

*  一、作业分享
 *  二、源代码分享
 *  三、结果展示

## 一、作业分享 ##

用遗传算法求：  
 f ( x ) = x ⋅ sin ⁡ ( 10 π x ) + 1.0 f(x)=x \\cdot \\sin(10\\pi x)+1.0 f(x)=x⋅sin(10πx)\+1.0  
的最大值，其中 x ∈ \[ − 1 , 2 \] x\\in \[-1,2\] x∈\[−1,2\]

## 二、源代码分享 ##

#include <iostream>
    #include <ctime>
    using namespace std;
    //使用遗传算法计算函数最大值，以函数 y = x * sin(10π*x)+1.0为例。
    const double pi = 3.14159265;
    const double pcross = 0.7;//交叉概率
    const double pmutate = 0.1;//变异概率
    const int len = 22;//22位的染色体
    const int daishu = 300;//更迭代数
    const int Size = 40;//种群规模
    double bestval;//适应值最大值
    
    typedef struct node {
        //染色体结构体
    	bool chromo[len];
    }node;
    
    node bestchromo;//记录最优个体
    node group[Size];//记录种群中的个体的数组
    node temp[Size];//记录种群中的个体的临时数组
    
    void gouzao(node& c) {
        //对单个染色体随机赋值
    	for (int i = 0; i < len; i++) {
        
    		c.chromo[i] = rand() % 2;
    	}
    }
    void decode(node& c, double& x) {
        //二进制解码操作
    	double num = 4194394;//即2的22次方
    	double tem = 0;
    	for (int i = 0; i < len; i++) {
        
    		tem += c.chromo[i] * pow(2, i);
    	}
    	x = (3 / num * tem) - 1;
    }
    double f(double x) {
        //目标函数
    	return x * sin(10 * pi * x) + 1.0;
    }
    double fitness(node& c) {
        //适应度函数
    	double x;
    	decode(c, x);
    	return f(x);
    }
    void cross(node& c1, node& c2, int point) {
        //交叉操作
    	node c3 = c1;
    	for (int i = 0; i < len - point; i++) {
        
    		c1.chromo[point + i] = c2.chromo[point + i];
    	}
    	for (int j = 0; j < len - point; j++) {
        
    		c2.chromo[point + j] = c3.chromo[point + j];
    	}
    }
    void mutate(node& c) {
        //变异操作
    	int i = rand() % len;
    	c.chromo[i] = !c.chromo[i];
    }
    double inline rand0() {
        //产生0到1的随机小数
    	return rand() % 10000 / 10000.0;
    }
    void select(node group[Size]) {
        //选择操作
    	double fitnessval[Size];
    	double sum = 0;
    	double avgfitness[Size];
    	int id[Size];
    	for (int i = 0; i < Size; i++) {
        
    		fitnessval[i] = fitness(group[i]);
    	}
    	for (int i = 0; i < Size; i++) {
        //适应度总和
    		sum += fitnessval[i];
    	}
    	for (int i = 0; i < Size; i++) {
        
    		avgfitness[i] = fitnessval[i] / sum;
    	}
    	for (int i = 1; i < Size; i++) {
        //适应度累加
    		avgfitness[i] += avgfitness[i - 1];
    	}
    	for (int i = 0; i < Size; i++) {
        //轮盘赌选择法
    		double rannum = rand0();//产生0到1随机数
    		int j;
    		for (j = 0; j < Size - 1; j++) {
        
    			if (rannum < avgfitness[j]) {
        
    				id[i] = j;
    				break;
    			}
    		}
    		if (j == Size - 1) {
        
    			id[i] = j;
    		}
    	}
    	for (int i = 0; i < Size; i++) {
        //将新个体替换旧个体
    		temp[i] = group[i];
    	}
    	for (int i = 0; i < Size; i++) {
        
    		group[i] = temp[id[i]];
    	}
    }
    int getBest(node group[Size], double& x, double& number) {
        //取得最优个体对应的位置
    	double fitnessval[Size];
    	for (int i = 0; i < Size; i++) {
        
    		fitnessval[i] = fitness(group[i]);
    	}
    	int id = 0;
    	for (int i = 1; i < Size; i++) {
        
    		if (fitnessval[i] > fitnessval[id]) {
        
    			id = i;
    		}
    	}
    	decode(group[id], x);
    	number = f(x);
    	return id;
    }
    void GA(double& x, double& number) {
        //遗传算法流程
    	for (int i = 0; i < Size; i++) {
        
    		gouzao(group[i]);
    	}
    	bestchromo = group[getBest(group, x, bestval)];
    	for (int i = 0; i < daishu; i++) {
        
    		select(group);//选择操作
    		int p = rand() % len;
    		for (int j = 0, pre = -1; j < Size; j++) {
        //根据概率交叉		
    			if (rand0() < pcross) {
        
    				if (pre == -1)
    					pre = j;
    				else {
        
    					cross(group[pre], group[j], p);
    					pre = -1;
    				}
    			}
    		}
    		for (int k = 0, pre = -1; k < Size; k++) {
        //根据概率进行变异
    			if ((rand0() < pmutate)) {
        
    				mutate(group[k]);
    			}
    		}
    		getBest(group, x, number);
    		cout << "第 " << i + 1 << " 代" << "最优x值为 :" << x << " ———— 函数值为 " << f(x) << endl; //结果的输出
    	}
    }
    int main() {
        
    	srand((unsigned)time(0));//产生随机数种子
    	double x;
    	double max;
    	GA(x, max);
    	system("pause");
    	return 0;
    }

## 三、结果展示 ##

第 1 代最优x值为 :1.45003 ———— 函数值为 2.45003
    第 2 代最优x值为 :1.64505 ———— 函数值为 2.62518
    第 3 代最优x值为 :1.64494 ———— 函数值为 2.62424
    第 4 代最优x值为 :1.64494 ———— 函数值为 2.62424
    第 5 代最优x值为 :1.645 ———— 函数值为 2.62473
    第 6 代最优x值为 :1.64494 ———— 函数值为 2.62423
    第 7 代最优x值为 :1.64699 ———— 函数值为 2.63962
    第 8 代最优x值为 :1.64719 ———— 函数值为 2.64079
    第 9 代最优x值为 :1.6472 ———— 函数值为 2.64086
    第 10 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64097
    第 11 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64097
    第 12 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64099
    第 13 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64098
    第 14 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64098
    第 15 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64098
    第 16 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64098
    第 17 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64098
    第 18 代最优x值为 :1.64491 ———— 函数值为 2.62394
    第 19 代最优x值为 :1.64429 ———— 函数值为 2.61787
    第 20 代最优x值为 :1.85454 ———— 函数值为 2.83573
    第 21 代最优x值为 :1.85373 ———— 函数值为 2.84101
    第 22 代最优x值为 :1.85373 ———— 函数值为 2.84101
    第 23 代最优x值为 :1.85373 ———— 函数值为 2.84101
    第 24 代最优x值为 :1.85373 ———— 函数值为 2.84101
    第 25 代最优x值为 :1.85373 ———— 函数值为 2.84101
    第 26 代最优x值为 :1.85548 ———— 函数值为 2.82806
    第 27 代最优x值为 :1.8347 ———— 函数值为 2.62671
    第 28 代最优x值为 :1.8347 ———— 函数值为 2.62671
    第 29 代最优x值为 :1.8552 ———— 函数值为 2.83053
    第 30 代最优x值为 :1.8552 ———— 函数值为 2.83053
    第 31 代最优x值为 :1.8552 ———— 函数值为 2.83053
    第 32 代最优x值为 :1.8552 ———— 函数值为 2.83047
    第 33 代最优x值为 :1.85522 ———— 函数值为 2.83037
    第 34 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64102
    第 35 代最优x值为 :1.64759 ———— 函数值为 2.64287
    第 36 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64102
    第 37 代最优x值为 :1.64722 ———— 函数值为 2.64096
    第 38 代最优x值为 :1.64722 ———— 函数值为 2.64096
    第 39 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.641
    第 40 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.641
    第 41 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64101
    第 42 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.641
    第 43 代最优x值为 :1.64795 ———— 函数值为 2.64453
    第 44 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.641
    第 45 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64101
    第 46 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.64102
    第 47 代最优x值为 :1.64724 ———— 函数值为 2.64107
    第 48 代最优x值为 :1.64724 ———— 函数值为 2.64107
    第 49 代最优x值为 :1.64724 ———— 函数值为 2.64107
    第 50 代最优x值为 :1.64724 ———— 函数值为 2.64107
    第 51 代最优x值为 :1.64786 ———— 函数值为 2.64412
    第 52 代最优x值为 :1.64787 ———— 函数值为 2.64417
    第 53 代最优x值为 :1.64787 ———— 函数值为 2.64417
    第 54 代最优x值为 :1.64756 ———— 函数值为 2.64272
    第 55 代最优x值为 :1.64721 ———— 函数值为 2.64087
    第 56 代最优x值为 :1.64722 ———— 函数值为 2.64093
    第 57 代最优x值为 :1.64757 ———— 函数值为 2.64279
    第 58 代最优x值为 :1.64757 ———— 函数值为 2.64279
    第 59 代最优x值为 :1.64757 ———— 函数值为 2.64279
    第 60 代最优x值为 :1.85669 ———— 函数值为 2.81586
    第 61 代最优x值为 :1.64758 ———— 函数值为 2.6428
    第 62 代最优x值为 :1.64757 ———— 函数值为 2.64279
    第 63 代最优x值为 :1.64725 ———— 函数值为 2.64113
    第 64 代最优x值为 :1.64725 ———— 函数值为 2.64113
    第 65 代最优x值为 :1.64794 ———— 函数值为 2.64449
    第 66 代最优x值为 :1.64724 ———— 函数值为 2.64105
    第 67 代最优x值为 :1.64721 ———— 函数值为 2.64089
    第 68 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.641
    第 69 代最优x值为 :1.64723 ———— 函数值为 2.641
    第 70 代最优x值为 :1.64721 ———— 函数值为 2.64089
    第 71 代最优x值为 :1.64721 ———— 函数值为 2.64089
    第 72 代最优x值为 :1.64798 ———— 函数值为 2.64465
    第 73 代最优x值为 :1.64798 ———— 函数值为 2.64465
    第 74 代最优x值为 :1.64798 ———— 函数值为 2.64465
    第 75 代最优x值为 :1.64721 ———— 函数值为 2.64089
    第 76 代最优x值为 :1.64721 ———— 函数值为 2.64089
    第 77 代最优x值为 :1.64721 ———— 函数值为 2.64087
    第 78 代最优x值为 :1.64798 ———— 函数值为 2.64465
    第 79 代最优x值为 :1.83547 ———— 函数值为 2.64763
    第 80 代最优x值为 :1.83548 ———— 函数值为 2.64791
    第 81 代最优x值为 :1.83548 ———— 函数值为 2.64791
    第 82 代最优x值为 :1.64799 ———— 函数值为 2.64469
    第 83 代最优x值为 :1.64799 ———— 函数值为 2.64469
    第 84 代最优x值为 :1.64799 ———— 函数值为 2.64469
    第 85 代最优x值为 :1.64794 ———— 函数值为 2.6445
    第 86 代最优x值为 :1.64799 ———— 函数值为 2.64469
    第 87 代最优x值为 :1.65086 ———— 函数值为 2.65026
    第 88 代最优x值为 :1.65086 ———— 函数值为 2.65026
    第 89 代最优x值为 :1.6538 ———— 函数值为 2.64202
    第 90 代最优x值为 :1.64725 ———— 函数值为 2.64113
    第 91 代最优x值为 :1.64794 ———— 函数值为 2.64448
    第 92 代最优x值为 :1.64799 ———— 函数值为 2.64469
    第 93 代最优x值为 :1.64794 ———— 函数值为 2.64449
    第 94 代最优x值为 :1.6478 ———— 函数值为 2.64387
    第 95 代最优x值为 :1.64794 ———— 函数值为 2.6445
    第 96 代最优x值为 :1.64793 ———— 函数值为 2.64447
    第 97 代最优x值为 :1.83548 ———— 函数值为 2.6477
    第 98 代最优x值为 :1.83548 ———— 函数值为 2.6477
    第 99 代最优x值为 :1.83543 ———— 函数值为 2.6465
    第 100 代最优x值为 :1.85154 ———— 函数值为 2.84937
    第 101 代最优x值为 :1.85145 ———— 函数值为 2.84953
    第 102 代最优x值为 :1.85145 ———— 函数值为 2.84953
    第 103 代最优x值为 :1.85145 ———— 函数值为 2.84953
    第 104 代最优x值为 :1.85145 ———— 函数值为 2.84953
    第 105 代最优x值为 :1.85145 ———— 函数值为 2.84953
    第 106 代最优x值为 :1.64793 ———— 函数值为 2.64447
    第 107 代最优x值为 :1.64793 ———— 函数值为 2.64445
    第 108 代最优x值为 :1.64793 ———— 函数值为 2.64447
    第 109 代最优x值为 :1.64793 ———— 函数值为 2.64447
    第 110 代最优x值为 :1.64793 ———— 函数值为 2.64447
    第 111 代最优x值为 :1.64793 ———— 函数值为 2.64447
    第 112 代最优x值为 :1.64793 ———— 函数值为 2.64447
    第 113 代最优x值为 :1.64792 ———— 函数值为 2.64442
    第 114 代最优x值为 :1.64792 ———— 函数值为 2.64442
    第 115 代最优x值为 :1.64792 ———— 函数值为 2.64442
    第 116 代最优x值为 :1.6472 ———— 函数值为 2.64083
    第 117 代最优x值为 :1.64795 ———— 函数值为 2.64455
    第 118 代最优x值为 :1.64793 ———— 函数值为 2.64443
    第 119 代最优x值为 :1.6421 ———— 函数值为 2.59172
    第 120 代最优x值为 :1.64209 ———— 函数值为 2.5916
    第 121 代最优x值为 :1.64209 ———— 函数值为 2.5916
    第 122 代最优x值为 :1.64214 ———— 函数值为 2.59235
    第 123 代最优x值为 :1.64214 ———— 函数值为 2.59235
    第 124 代最优x值为 :1.64214 ———— 函数值为 2.59235
    第 125 代最优x值为 :1.64628 ———— 函数值为 2.63508
    第 126 代最优x值为 :1.64628 ———— 函数值为 2.63508
    第 127 代最优x值为 :1.64628 ———— 函数值为 2.63508
    第 128 代最优x值为 :1.64628 ———— 函数值为 2.63508
    第 129 代最优x值为 :1.64648 ———— 函数值为 2.63645
    第 130 代最优x值为 :1.64639 ———— 函数值为 2.63583
    第 131 代最优x值为 :1.64639 ———— 函数值为 2.63583
    第 132 代最优x值为 :1.64649 ———— 函数值为 2.63649
    第 133 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 134 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 135 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 136 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 137 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 138 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 139 代最优x值为 :1.64251 ———— 函数值为 2.59721
    第 140 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 141 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59662
    第 142 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 143 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 144 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 145 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 146 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 147 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 148 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 149 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 150 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59661
    第 151 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59659
    第 152 代最优x值为 :1.6425 ———— 函数值为 2.59717
    第 153 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59658
    第 154 代最优x值为 :1.6425 ———— 函数值为 2.59717
    第 155 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59658
    第 156 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59658
    第 157 代最优x值为 :1.64246 ———— 函数值为 2.59658
    第 158 代最优x值为 :1.64575 ———— 函数值为 2.63114
    第 159 代最优x值为 :1.64575 ———— 函数值为 2.63114
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