用C++写个NSGA-II

时间: 2023-11-14 17:10:06 浏览: 436
NSGA-II(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II)是一种多目标遗传算法,用于优化问题。下面是一个使用C++实现NSGA-II的代码示例,其中包括基本的NSGA-II算法以及一些常用的优化问题的测试函数。 ```c++ #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> #include <cmath> #include <cstdlib> #include <ctime> using namespace std; const int POP_SIZE = 100; // 种群大小 const int MAX_GEN = 100; // 最大迭代次数 const double CROSS_RATE = 0.8; // 交叉概率 const double MUT_RATE = 0.2; // 变异概率 // 定义一个向量结构体 struct Vector { vector<double> x; int rank; double crowding_distance; double fitness; }; // 定义一个种群结构体 struct Population { vector<Vector> population; }; // 计算函数1 double func1(vector<double> x) { return x[0]; } // 计算函数2 double func2(vector<double> x) { return (1 + x[1]) / x[0]; } // 计算拥挤度距离 double crowding_distance(vector<Vector>& front, int i) { double dist = 0; int m = front[0].x.size(); sort(front.begin(), front.end(), [&](Vector a, Vector b) { return a.x[i] < b.x[i]; }); dist += front[1].x[i] - front[0].x[i]; dist += front[front.size() - 1].x[i] - front[front.size() - 2].x[i]; for (int j = 1; j < front.size() - 1; j++) { dist += front[j + 1].x[i] - front[j - 1].x[i]; } return dist; } // 计算适应度值 void calculate_fitness(vector<Vector>& population) { int n = population.size(); for (int i = 0; i < n; i++) { population[i].fitness = 0; for (int j = 0; j < n; j++) { if (i != j) { if (population[j].x[0] >= population[i].x[0] && population[j].x[1] >= population[i].x[1]) { population[i].fitness += 1; } } } } } // 快速非支配排序 void fast_non_dominated_sort(vector<Vector>& population, vector<vector<int>>& fronts) { int n = population.size(); fronts.clear(); vector<int> domination(n, 0); vector<vector<int>> dom(n); for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { if (i != j) { if (population[i].x[0] <= population[j].x[0] && population[i].x[1] <= population[j].x[1]) { dom[i].push_back(j); } else if (population[j].x[0] <= population[i].x[0] && population[j].x[1] <= population[i].x[1]) { domination[i]++; } } } if (domination[i] == 0) { population[i].rank = 1; fronts.push_back(vector<int>({i})); } } int k = 1; while (!fronts[k - 1].empty()) { vector<int> Q; for (auto i : fronts[k - 1]) { for (auto j : dom[i]) { domination[j]--; if (domination[j] == 0) { population[j].rank = k + 1; Q.push_back(j); } } } k++; fronts.push_back(Q); } } // 交叉操作 void crossover(vector<Vector>& population) { int n = population.size(); for (int i = 0; i < n; i += 2) { if (rand() / (double)RAND_MAX < CROSS_RATE) { int m = population[i].x.size(); int j = rand() % m; for (int k = j; k < m; k++) { double temp = population[i].x[k]; population[i].x[k] = population[i + 1].x[k]; population[i + 1].x[k] = temp; } } } } // 变异操作 void mutation(vector<Vector>& population) { int n = population.size(); for (int i = 0; i < n; i++) { if (rand() / (double)RAND_MAX < MUT_RATE) { int m = population[i].x.size(); int j = rand() % m; population[i].x[j] = rand() / (double)RAND_MAX; } } } // NSGA-II算法 Population nsga2() { // 初始化种群 Population pop; for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { Vector v; v.x.push_back(rand() / (double)RAND_MAX); v.x.push_back(rand() / (double)RAND_MAX); pop.population.push_back(v); } // 迭代 for (int gen = 0; gen < MAX_GEN; gen++) { // 计算适应度值 calculate_fitness(pop.population); // 快速非支配排序 vector<vector<int>> fronts; fast_non_dominated_sort(pop.population, fronts); // 计算拥挤度距离 for (auto front : fronts) { for (int i = 0; i < front.size(); i++) { pop.population[front[i]].crowding_distance = 0; } for (int j = 0; j < pop.population[0].x.size(); j++) { sort(front.begin(), front.end(), [&](int a, int b) { return pop.population[a].x[j] < pop.population[b].x[j]; }); pop.population[front[0]].crowding_distance = pop.population[front[front.size() - 1]].crowding_distance = INFINITY; for (int i = 1; i < front.size() - 1; i++) { pop.population[front[i]].crowding_distance += (pop.population[front[i + 1]].x[j] - pop.population[front[i - 1]].x[j]) / (pop.population[front[front.size() - 1]].x[j] - pop.population[front[0]].x[j]); } } } // 生成新种群 Population new_pop; for (auto front : fronts) { if (new_pop.population.size() + front.size() > POP_SIZE) { sort(front.begin(), front.end(), [&](int a, int b) { return pop.population[a].crowding_distance > pop.population[b].crowding_distance; }); for (int i = 0; i < POP_SIZE - new_pop.population.size(); i++) { new_pop.population.push_back(pop.population[front[i]]); } break; } else { for (int i = 0; i < front.size(); i++) { new_pop.population.push_back(pop.population[front[i]]); } } } // 交叉和变异 crossover(new_pop.population); mutation(new_pop.population); // 更新种群 pop = new_pop; } return pop; } int main() { srand(time(NULL)); Population pop = nsga2(); for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { cout << pop.population[i].x[0] << " " << pop.population[i].x[1] << " " << pop.population[i].rank << endl; } return 0; } ``` 上面的代码实现了一个简单的NSGA-II算法,并提供了两个测试函数func1和func2。你可以根据需要修改这些函数,以适应不同的优化问题。同时,你还可以根据需要调整一些算法参数,如种群大小、最大迭代次数、交叉概率和变异概率等。
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