nsga2算法代码python

时间: 2023-09-16 12:09:10 浏览: 134
下面是NSGA-II算法的Python实现代码: ```python import random import numpy as np # 定义问题类,问题是多目标优化问题,有两个目标 class Problem: def __init__(self): self.num_objectives = 2 self.num_variables = 10 self.lower_bounds = [0] * self.num_variables self.upper_bounds = [1] * self.num_variables # 计算适应度函数值 def evaluate(self, x): f1 = x[0] g = 1 + 9 / (self.num_variables - 1) * np.sum(x[1:]) f2 = g * (1 - np.sqrt(f1 / g)) return [f1, f2] # 定义个体类 class Individual: def __init__(self, problem): self.problem = problem self.x = [random.uniform(problem.lower_bounds[i], problem.upper_bounds[i]) for i in range(problem.num_variables)] self.fitness = None # 适应度 self.dominated_solutions = [] # 被支配的解 self.dominating_count = 0 # 支配该解的解的数量 self.rank = 0 # Pareto前沿等级 self.crowding_distance = 0 # 拥挤距离 # 计算适应度 def evaluate_fitness(self): self.fitness = self.problem.evaluate(self.x) # 判断一个个体是否支配另一个个体 def dominates(self, other): for i in range(self.problem.num_objectives): if self.fitness[i] > other.fitness[i]: return False return True # 定义NSGA-II算法类 class NSGA2: def __init__(self, problem, population_size=100, max_generation=100): self.problem = problem self.population_size = population_size self.max_generation = max_generation # 初始化种群 def initialize_population(self): self.population = [Individual(self.problem) for _ in range(self.population_size)] # 计算个体的被支配解集合和支配个体数量 def calculate_dominated_solutions_and_dominating_count(self): for i in range(self.population_size): for j in range(self.population_size): if self.population[i].dominates(self.population[j]): self.population[i].dominated_solutions.append(j) elif self.population[j].dominates(self.population[i]): self.population[i].dominating_count += 1 # 计算每个个体的Pareto前沿等级 def calculate_rank(self): current_rank = 1 remaining_individuals = set(range(self.population_size)) while remaining_individuals: # 寻找当前Pareto前沿 current_front = set() for i in remaining_individuals: if self.population[i].dominating_count == 0: self.population[i].rank = current_rank current_front.add(i) # 从当前Pareto前沿中减去被支配的解 for i in current_front: for j in self.population[i].dominated_solutions: self.population[j].dominating_count -= 1 remaining_individuals -= current_front current_rank += 1 # 计算每个个体的拥挤距离 def calculate_crowding_distance(self, front): # 初始化拥挤距离 for i in front: self.population[i].crowding_distance = 0 # 对每个目标函数分别计算拥挤距离 for objective_index in range(self.problem.num_objectives): # 按照目标函数值排序 front.sort(key=lambda i: self.population[i].fitness[objective_index]) # 设置边界的拥挤距离为无穷大 self.population[front[0]].crowding_distance = float('inf') self.population[front[-1]].crowding_distance = float('inf') # 计算拥挤距离 for i in range(1, len(front) - 1): self.population[front[i]].crowding_distance += \ self.population[front[i + 1]].fitness[objective_index] - self.population[front[i - 1]].fitness[objective_index] # 选择个体 def select(self): # 选择新种群的个体数量等于原种群的个体数量 new_population = [] for _ in range(self.population_size): # 选择两个个体 a, b = random.sample(self.population, 2) # 如果两个个体不在同一个Pareto前沿,则选择Pareto前沿等级高的个体 if a.rank < b.rank: winner = a elif a.rank > b.rank: winner = b else: # 如果两个个体在同一个Pareto前沿,则选择拥挤距离大的个体 if a.crowding_distance > b.crowding_distance: winner = a else: winner = b new_population.append(winner) self.population = new_population # 运行NSGA-II算法 def run(self): self.initialize_population() for generation in range(self.max_generation): self.calculate_dominated_solutions_and_dominating_count() self.calculate_rank() fronts = [[] for _ in range(self.problem.num_objectives)] for individual in self.population: fronts[individual.rank - 1].append(individual) new_population = [] i = 0 while len(new_population) + len(fronts[i]) <= self.population_size: new_population += fronts[i] i += 1 if len(new_population) < self.population_size: fronts[i].sort(key=lambda individual: individual.crowding_distance, reverse=True) new_population += fronts[i][:self.population_size - len(new_population)] self.population = new_population self.select() # 返回Pareto前沿 pareto_front = [] for individual in self.population: if individual.rank == 1: pareto_front.append(individual) return pareto_front ``` 下面是使用示例: ```python problem = Problem() nsga2 = NSGA2(problem, population_size=100, max_generation=100) pareto_front = nsga2.run() for individual in pareto_front: print(individual.fitness) ``` 其中`Problem`类表示优化问题,`Individual`类表示一个个体,`NSGA2`类表示NSGA-II算法。在示例中,我们先创建了一个`Problem`对象表示一个多目标优化问题,然后创建了一个`NSGA2`对象表示使用NSGA-II算法求解这个问题,最后调用`run`方法运行算法并获取Pareto前沿。

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