self.distance_m = np.zeros((self.num, self.num))

时间: 2023-12-01 19:04:38 浏览: 19
这行代码是在初始化一个 num x num 大小的全零矩阵,用来表示 num 个元素之间的距离。其中 np.zeros() 函数用来创建一个全零数组,参数是一个元组,表示数组的形状。在这里,形状为 (num, num) 表示创建一个 num 行 num 列的二维数组。然后这个全零数组被赋值给 self.distance_m 变量,表示这个矩阵是类的一个属性。
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import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from mpl_toolkits.basemap import Basemap from scipy.spatial.distance import cdist from ant_colony import solve_tsp # 读取城市数据 df = pd.read_excel('world_coordinate.xlsx', index_col=0, dtype=str) # 提取城市和经纬度数据 countrys = df.index.values countrys_coords = np.array(df['[longitude, latitude]'].apply(eval).tolist()) # 计算城市间的距离矩阵 dist_matrix = cdist(countrys_coords, countrys_coords, metric='euclidean') # 创建蚁群算法实例 num_ants = 50 num_iterations = 500 alpha = 1 beta = 2 rho = 0.5 acs = solve_tsp(dist_matrix, num_ants=num_ants, num_iterations=num_iterations, alpha=alpha, beta=beta, rho=rho) # 输出访问完所有城市的最短路径的距离和城市序列 best_path = acs.get_best_path() best_distance = acs.best_cost visited_cities = [countrys[i] for i in best_path] print("最短路径距离:", best_distance) print("访问城市序列:", visited_cities) # 数据可视化 fig = plt.figure(figsize=(12, 8)) map = Basemap(projection='robin', lat_0=0, lon_0=0, resolution='l') map.drawcoastlines(color='gray') map.drawcountries(color='gray') x, y = map(countrys_coords[:, 0], countrys_coords[:, 1]) map.scatter(x, y, c='b', marker='o') path_coords = countrys_coords[best_path] path_x, path_y = map(path_coords[:, 0], path_coords[:, 1]) map.plot(path_x, path_y, c='r', marker='o') for i in range(len(countrys)): x, y = map(countrys_coords[i, 1], countrys_coords[i, 0]) plt.text(x, y, countrys[i], fontproperties='SimHei', color='black', fontsize=8, ha='center', va='center') plt.title("全球首都最短路径规划") plt.show()改成现在都有调用蚁群算法库的代码

好的,可以尝试使用蚁群算法库来计算最优路径。以下是修改后的代码: ```python import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from mpl_toolkits.basemap import Basemap from ant_colony import AntColonyOptimizer # 读取城市数据 df = pd.read_excel('world_coordinate.xlsx', index_col=0, dtype=str) # 提取城市和经纬度数据 countrys = df.index.values countrys_coords = np.array(df['[longitude, latitude]'].apply(eval).tolist()) # 创建蚁群算法实例 num_ants = 50 num_iterations = 500 alpha = 1 beta = 2 rho = 0.5 optimizer = AntColonyOptimizer(num_ants=num_ants, num_iterations=num_iterations, alpha=alpha, beta=beta, rho=rho) # 计算最短路径 best_path, best_distance = optimizer.solve(countrys_coords) # 输出访问完所有城市的最短路径的距离和城市序列 visited_cities = [countrys[i] for i in best_path] print("最短路径距离:", best_distance) print("访问城市序列:", visited_cities) # 数据可视化 fig = plt.figure(figsize=(12, 8)) map = Basemap(projection='robin', lat_0=0, lon_0=0, resolution='l') map.drawcoastlines(color='gray') map.drawcountries(color='gray') x, y = map(countrys_coords[:, 0], countrys_coords[:, 1]) map.scatter(x, y, c='b', marker='o') path_coords = countrys_coords[best_path] path_x, path_y = map(path_coords[:, 0], path_coords[:, 1]) map.plot(path_x, path_y, c='r', marker='o') for i in range(len(countrys)): x, y = map(countrys_coords[i, 1], countrys_coords[i, 0]) plt.text(x, y, countrys[i], fontproperties='SimHei', color='black', fontsize=8, ha='center', va='center') plt.title("全球首都最短路径规划") plt.show() ``` 其中,`AntColonyOptimizer` 是一个自定义的蚁群算法优化器类,代码如下: ```python import numpy as np class AntColonyOptimizer: def __init__(self, num_ants, num_iterations, alpha, beta, rho, Q=100): self.num_ants = num_ants self.num_iterations = num_iterations self.alpha = alpha self.beta = beta self.rho = rho self.Q = Q def solve(self, dist_matrix): n = dist_matrix.shape[0] # 初始化信息素矩阵 tau = np.ones((n, n)) # 创建蚂蚁 ants = np.zeros((self.num_ants, n), dtype=int) # 记录最优路径和距离 best_path = None best_distance = np.inf # 迭代搜索 for iter in range(self.num_iterations): # 初始化蚂蚁位置 ants[:, 0] = np.random.randint(0, n, size=self.num_ants) # 蚂蚁移动 for k in range(1, n): # 计算可选城市的概率 probs = np.zeros((self.num_ants, n)) for i in range(self.num_ants): curr_city = ants[i, k-1] visited = ants[i, :k] unvisited = np.setdiff1d(range(n), visited) if len(unvisited) == 0: continue pheromone = tau[curr_city, unvisited] distance = dist_matrix[curr_city, unvisited] probs[i, unvisited] = pheromone ** self.alpha * (1 / distance) ** self.beta probs[i, visited] = 0 probs[i] /= probs[i].sum() # 选择下一个城市 ants[:, k] = [np.random.choice(range(n), p=probs[i]) for i in range(self.num_ants)] # 计算每只蚂蚁的路径长度 path_lengths = np.zeros(self.num_ants) for i in range(self.num_ants): path = ants[i] path_lengths[i] = dist_matrix[path[-1], path[0]] + dist_matrix[path[:-1], path[1:]].sum() # 更新最优路径 if path_lengths[i] < best_distance: best_distance = path_lengths[i] best_path = path # 更新信息素矩阵 delta_tau = np.zeros((n, n)) for i in range(self.num_ants): path = ants[i] for j in range(n-1): curr_city = path[j] next_city = path[j+1] delta_tau[curr_city, next_city] += self.Q / path_lengths[i] delta_tau[path[-1], path[0]] += self.Q / path_lengths[i] tau = (1 - self.rho) * tau + self.rho * delta_tau return best_path, best_distance ``` 这个优化器使用了与之前相同的距离矩阵,不同的是,它将蚂蚁移动和信息素更新的过程封装在了 `solve` 方法中,返回最优路径和距离。

旅行商问题 蚁群算法 python

以下是使用蚁群算法解决旅行商问题的Python代码示例: ```python import numpy as np # 城市坐标 cities = np.array([[1304, 2312], [3639, 1315], [4177, 2244], [3712, 1399], [3488, 1535], [3326, 1556], [3238, 1229], [4196, 1004], [4312, 790], [4386, 570], [3007, 1970], [2562, 1756], [2788, 1491], [2381, 1676], [1332, 695], [3715, 1678], [3918, 2179], [4061, 2370], [3780, 2212], [3676, 2578], [4029, 2838], [4263, 2931], [3429, 1908], [3507, 2367], [3394, 2643], [3439, 3201], [2935, 3240], [3140, 3550], [2545, 2357], [2778, 2826], [2370, 2975]]) # 计算城市之间的距离 def distance(city1, city2): return np.sqrt(np.sum((city1 - city2) ** 2)) num_cities = len(cities) distance_matrix = np.zeros((num_cities, num_cities)) for i in range(num_cities): for j in range(i+1, num_cities): distance_matrix[i][j] = distance(cities[i], cities[j]) distance_matrix[j][i] = distance_matrix[i][j] # 蚂蚁类 class Ant: def __init__(self, alpha, beta, distance_matrix): self.alpha = alpha self.beta = beta self.distance_matrix = distance_matrix self.num_cities = len(distance_matrix) self.pheromone_matrix = np.ones((self.num_cities, self.num_cities)) / (self.num_cities ** 2) self.path = [] self.distance = 0.0 # 选择下一个城市 def select_next_city(self): available_cities = list(set(range(self.num_cities)) - set(self.path)) probabilities = [self._calculate_prob(city) for city in available_cities] selected_city = np.random.choice(available_cities, p=probabilities) self.path.append(selected_city) self.distance += self.distance_matrix[self.path[-2]][selected_city] # 计算选择每个城市的概率 def _calculate_prob(self, city): pheromone = self.pheromone_matrix[self.path[-1]][city] dist = self.distance_matrix[self.path[-1]][city] probs = pheromone ** self.alpha * ((1.0 / dist) ** self.beta) total_probs = sum([self.pheromone_matrix[self.path[-1]][i] ** self.alpha * ((1.0 / self.distance_matrix[self.path[-1]][i]) ** self.beta) for i in range(self.num_cities) if i not in self.path]) return probs / total_probs # 更新信息素 def update_pheromone(self, delta_pheromone_matrix): self.pheromone_matrix = (1 - evaporation_rate) * self.pheromone_matrix + delta_pheromone_matrix # 蚁群算法类 class ACO: def __init__(self, num_ants, num_iterations, alpha, beta, evaporation_rate, distance_matrix): self.num_ants = num_ants self.num_iterations = num_iterations self.alpha = alpha self.beta = beta self.evaporation_rate = evaporation_rate self.distance_matrix = distance_matrix # 运行蚁群算法 def run(self): best_path = [] best_distance = float('inf') for i in range(self.num_iterations): ants = [Ant(self.alpha, self.beta, self.distance_matrix) for j in range(self.num_ants)] for ant in ants: for j in range(self.distance_matrix.shape[0] - 1): ant.select_next_city() ant.distance += self.distance_matrix[ant.path[-1]][ant.path[0]] if ant.distance < best_distance: best_distance = ant.distance best_path = ant.path delta_pheromone_matrix = np.zeros((self.distance_matrix.shape[0], self.distance_matrix.shape[1])) for j in range(self.distance_matrix.shape[0] - 1): delta_pheromone_matrix[ant.path[j]][ant.path[j+1]] += 1.0 / ant.distance delta_pheromone_matrix[ant.path[j+1]][ant.path[j]] += 1.0 / ant.distance delta_pheromone_matrix[ant.path[-1]][ant.path[0]] += 1.0 / ant.distance delta_pheromone_matrix[ant.path[0]][ant.path[-1]] += 1.0 / ant.distance ant.update_pheromone(delta_pheromone_matrix) return best_path, best_distance # 运行蚁群算法 num_ants = 50 num_iterations = 500 alpha = 1 beta = 5 evaporation_rate = 0.5 aco = ACO(num_ants, num_iterations, alpha, beta, evaporation_rate, distance_matrix) best_path, best_distance = aco.run() # 输出结果 print('最短路径为:', best_path) print('最短距离为:', best_distance) ```

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好的,根据上面的目标函数,我们可以推导出其对应的梯度向量函数,如下所示: def gradient(x, y, beta): """ Compute gradient of the logistic regression loss function :param beta: model parameter vector :param x: feature matrix :param y: label vector :return: gradient vector """ n = x.shape[0] pred = 1 /
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