User class ControlArc {std::string star; std::string startTime; std::string endTime; std::string circleId; };由上面类组成的std::vector<std::vector<ControlArc>> controlArcList,在task.h文件的plan类中已经通过读外部json实例化,遗传算法每个染色体由4个基因,每个基因都是controlArcList 随机产生一定个数的vector<ControlArc>组成的数组,适应度函数是每条染色体上(endTime-startTime)值最小,请给出完整的c++遗传算法代码,其中要写.h文件和.cpp文件

时间: 2024-02-03 12:13:11 浏览: 73
下面是遗传算法的C++实现,包括.h文件和.cpp文件,代码中使用了遗传算法的常用基本操作,包括初始化种群、选择、交叉、变异等。其中,适应度函数为计算每个染色体上(endTime-startTime)值的最小值。 task.h: ```c++ #ifndef TASK_H #define TASK_H #include <vector> #include <string> class ControlArc { public: std::string star; std::string startTime; std::string endTime; std::string circleId; }; class Plan { public: std::vector<std::vector<ControlArc>> controlArcList; Plan() {} Plan(std::vector<std::vector<ControlArc>> controlArcList) { this->controlArcList = controlArcList; } }; #endif // TASK_H ``` ga.h: ```c++ #ifndef GA_H #define GA_H #include <vector> #include "task.h" class GA { public: GA(int popSize, int maxGen, double pc, double pm, int geneSize, int arcNum, std::vector<std::vector<ControlArc>> controlArcList); void run(); double fitness(Plan& p); private: int popSize; // 种群规模 int maxGen; // 最大迭代次数 double pc; // 交叉概率 double pm; // 变异概率 int geneSize; // 染色体长度 int arcNum; // vector<ControlArc> 数组中元素的个数 std::vector<std::vector<ControlArc>> controlArcList; // 控制弧列表 std::vector<Plan> pop; // 种群 Plan bestIndiv; // 最优个体 double bestFitness; // 最优适应度 Plan decode(std::vector<std::vector<ControlArc>> gene); std::vector<std::vector<ControlArc>> encode(Plan indiv); void initPop(); void select(std::vector<Plan>& newPop); void crossover(Plan& p1, Plan& p2); void mutate(Plan& indiv); }; #endif // GA_H ``` ga.cpp: ```c++ #include <algorithm> #include <cstdlib> #include <ctime> #include <iostream> #include "ga.h" GA::GA(int popSize, int maxGen, double pc, double pm, int geneSize, int arcNum, std::vector<std::vector<ControlArc>> controlArcList) { this->popSize = popSize; this->maxGen = maxGen; this->pc = pc; this->pm = pm; this->geneSize = geneSize; this->arcNum = arcNum; this->controlArcList = controlArcList; this->bestFitness = 9999999.0; } void GA::run() { srand((unsigned int)time(NULL)); // 随机数生成器初始化 initPop(); // 初始化种群 for (int i = 0; i < maxGen; i++) { // 迭代maxGen次 std::vector<Plan> newPop; // 新种群 select(newPop); // 选择 for (int j = 0; j < popSize / 2; j++) { // 交叉 Plan& p1 = newPop[j * 2]; Plan& p2 = newPop[j * 2 + 1]; crossover(p1, p2); } for (int j = 0; j < popSize; j++) { // 变异 mutate(newPop[j]); } pop = newPop; for (int j = 0; j < popSize; j++) { // 更新最优个体和最优适应度 double fit = fitness(pop[j]); if (fit < bestFitness) { bestFitness = fit; bestIndiv = pop[j]; } } std::cout << "第" << i + 1 << "代,最优适应度:" << bestFitness << std::endl; } } double GA::fitness(Plan& p) { std::vector<std::vector<ControlArc>> gene = encode(p); double minEndTime = 9999999.0; for (int i = 0; i < gene.size(); i++) { std::vector<ControlArc>& arcs = gene[i]; double endTime = 0.0; for (int j = 0; j < arcs.size(); j++) { double t = atof(arcs[j].endTime.c_str()) - atof(arcs[j].startTime.c_str()); if (t > 0) { // 时间差小于0的不计算 endTime += t; } } if (endTime < minEndTime) { minEndTime = endTime; } } return minEndTime; } Plan GA::decode(std::vector<std::vector<ControlArc>> gene) { return Plan(gene); } std::vector<std::vector<ControlArc>> GA::encode(Plan indiv) { return indiv.controlArcList; } void GA::initPop() { for (int i = 0; i < popSize; i++) { std::vector<std::vector<ControlArc>> gene(geneSize, std::vector<ControlArc>(arcNum)); for (int j = 0; j < geneSize; j++) { for (int k = 0; k < arcNum; k++) { gene[j][k] = controlArcList[rand() % controlArcList.size()][rand() % controlArcList[0].size()]; } } pop.push_back(decode(gene)); } bestIndiv = pop[0]; bestFitness = fitness(bestIndiv); } void GA::select(std::vector<Plan>& newPop) { double sumFitness = 0.0; std::vector<double> fitnessArr(popSize); for (int i = 0; i < popSize; i++) { double fit = fitness(pop[i]); sumFitness += fit; fitnessArr[i] = sumFitness; } for (int i = 0; i < popSize; i++) { double fit = (double)rand() / RAND_MAX * sumFitness; int j; for (j = 0; j < popSize - 1; j++) { if (fit <= fitnessArr[j]) { break; } } newPop.push_back(pop[j]); } } void GA::crossover(Plan& p1, Plan& p2) { if ((double)rand() / RAND_MAX < pc) { // 满足概率要求 int point1 = rand() % geneSize; int point2 = rand() % geneSize; if (point1 > point2) { // 确保point1小于point2 int temp = point1; point1 = point2; point2 = temp; } std::vector<std::vector<ControlArc>> gene1 = encode(p1); std::vector<std::vector<ControlArc>> gene2 = encode(p2); for (int i = point1; i <= point2; i++) { // 交叉基因 std::vector<ControlArc> temp = gene1[i]; gene1[i] = gene2[i]; gene2[i] = temp; } p1 = decode(gene1); p2 = decode(gene2); } } void GA::mutate(Plan& indiv) { if ((double)rand() / RAND_MAX < pm) { // 满足概率要求 std::vector<std::vector<ControlArc>> gene = encode(indiv); int point = rand() % geneSize; for (int i = 0; i < arcNum; i++) { // 变异基因 gene[point][i] = controlArcList[rand() % controlArcList.size()][rand() % controlArcList[0].size()]; } indiv = decode(gene); } } ``` 使用方法: ```c++ #include <vector> #include <fstream> #include "ga.h" #include "task.h" using namespace std; int main() { int popSize = 50; // 种群规模 int maxGen = 100; // 最大迭代次数 double pc = 0.8; // 交叉概率 double pm = 0.2; // 变异概率 int geneSize = 4; // 染色体长度 int arcNum = 10; // vector<ControlArc> 数组中元素的个数 // 读取控制弧列表 ifstream fin("controlArcList.json"); nlohmann::json j; fin >> j; vector<vector<ControlArc>> controlArcList = j.get<vector<vector<ControlArc>>>(); GA ga(popSize, maxGen, pc, pm, geneSize, arcNum, controlArcList); ga.run(); return 0; } ```
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