基于Python的模拟退火算法实现进化算法求解TSP问题的完整代码。代码中生成了30个坐标固定的城市,并求解从点1出发,经过其他29个点后的最优路径(最优路径图、最优路径编号序列、最优路径长度三部分内容)

时间: 2024-03-20 07:45:03 浏览: 19
好的,以下是基于Python的模拟退火算法实现进化算法求解TSP问题的完整代码,共三部分: 1. TSP问题数据生成与可视化代码(生成30个坐标固定的城市): ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt np.random.seed(1) # 生成30个坐标固定的城市 num_cities = 30 coord_x = np.random.rand(num_cities) coord_y = np.random.rand(num_cities) # 可视化城市 fig, ax = plt.subplots() ax.scatter(coord_x, coord_y) for i in range(num_cities): ax.annotate(str(i+1), (coord_x[i]+0.01, coord_y[i]+0.01)) plt.show() ``` 2. 模拟退火算法求解TSP问题代码: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt np.random.seed(1) # 生成30个坐标固定的城市 num_cities = 30 coord_x = np.random.rand(num_cities) coord_y = np.random.rand(num_cities) # 计算距离矩阵 distance_matrix = np.zeros((num_cities, num_cities)) for i in range(num_cities): for j in range(num_cities): if i != j: distance_matrix[i][j] = np.sqrt((coord_x[i]-coord_x[j])**2 + (coord_y[i]-coord_y[j])**2) # 模拟退火算法参数 initial_temperature = 1000 cooling_rate = 0.999 num_iterations = 10000 # 初始化当前解 current_solution = np.arange(num_cities) np.random.shuffle(current_solution) current_length = 0 for i in range(num_cities-1): current_length += distance_matrix[current_solution[i]][current_solution[i+1]] current_length += distance_matrix[current_solution[-1]][current_solution[0]] # 初始化最优解 best_solution = current_solution.copy() best_length = current_length # 模拟退火算法求解TSP问题 for i in range(num_iterations): # 生成新解 new_solution = current_solution.copy() index1, index2 = np.random.choice(num_cities, size=2, replace=False) new_solution[index1], new_solution[index2] = new_solution[index2], new_solution[index1] # 计算新解长度 new_length = 0 for j in range(num_cities-1): new_length += distance_matrix[new_solution[j]][new_solution[j+1]] new_length += distance_matrix[new_solution[-1]][new_solution[0]] # 判断是否接受新解 delta = new_length - current_length if delta < 0 or np.exp(-delta/initial_temperature) > np.random.rand(): current_solution = new_solution.copy() current_length = new_length if current_length < best_length: best_solution = current_solution.copy() best_length = current_length # 降温 initial_temperature *= cooling_rate # 可视化最优路径 fig, ax = plt.subplots() ax.scatter(coord_x, coord_y) for i in range(num_cities): ax.annotate(str(best_solution[i]+1), (coord_x[best_solution[i]]+0.01, coord_y[best_solution[i]]+0.01)) for i in range(num_cities-1): ax.plot([coord_x[best_solution[i]], coord_x[best_solution[i+1]]], [coord_y[best_solution[i]], coord_y[best_solution[i+1]]], 'r') ax.plot([coord_x[best_solution[-1]], coord_x[best_solution[0]]], [coord_y[best_solution[-1]], coord_y[best_solution[0]]], 'r') plt.show() print('最优路径编号序列:', best_solution+1) print('最优路径长度:', best_length) ``` 3. 进化算法求解TSP问题代码: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt np.random.seed(1) # 生成30个坐标固定的城市 num_cities = 30 coord_x = np.random.rand(num_cities) coord_y = np.random.rand(num_cities) # 计算距离矩阵 distance_matrix = np.zeros((num_cities, num_cities)) for i in range(num_cities): for j in range(num_cities): if i != j: distance_matrix[i][j] = np.sqrt((coord_x[i]-coord_x[j])**2 + (coord_y[i]-coord_y[j])**2) # 进化算法参数 pop_size = 100 elite_size = 10 mutation_rate = 0.1 num_generations = 1000 # 初始化种群 def create_individual(): individual = np.arange(num_cities) np.random.shuffle(individual) return individual population = [create_individual() for i in range(pop_size)] # 进化算法求解TSP问题 for i in range(num_generations): # 计算适应度 fitness = np.zeros(pop_size) for j in range(pop_size): length = 0 for k in range(num_cities-1): length += distance_matrix[population[j][k]][population[j][k+1]] length += distance_matrix[population[j][-1]][population[j][0]] fitness[j] = 1/length # 选择精英个体 elite_indices = np.argsort(fitness)[::-1][:elite_size] next_population = [population[index] for index in elite_indices] # 选择并交叉产生新个体 while len(next_population) < pop_size: parent_indices = np.random.choice(elite_size, size=2, replace=False) parent1, parent2 = population[elite_indices[parent_indices[0]]], population[elite_indices[parent_indices[1]]] child = np.zeros(num_cities, dtype=int) start_index, end_index = np.random.choice(num_cities, size=2, replace=False) if start_index > end_index: start_index, end_index = end_index, start_index child[start_index:end_index+1] = parent1[start_index:end_index+1] remaining_indices = [index for index in range(num_cities) if parent2[index] not in child] remaining_values = [parent2[index] for index in remaining_indices] child[remaining_indices] = remaining_values next_population.append(child) # 变异 for j in range(1, pop_size): if np.random.rand() < mutation_rate: index1, index2 = np.random.choice(num_cities, size=2, replace=False) next_population[j][index1], next_population[j][index2] = next_population[j][index2], next_population[j][index1] population = next_population # 计算适应度 fitness = np.zeros(pop_size) for i in range(pop_size): length = 0 for j in range(num_cities-1): length += distance_matrix[population[i][j]][population[i][j+1]] length += distance_matrix[population[i][-1]][population[i][0]] fitness[i] = 1/length # 找到最优个体 best_index = np.argmax(fitness) best_solution = population[best_index] best_length = 1/fitness[best_index] # 可视化最优路径 fig, ax = plt.subplots() ax.scatter(coord_x, coord_y) for i in range(num_cities): ax.annotate(str(best_solution[i]+1), (coord_x[best_solution[i]]+0.01, coord_y[best_solution[i]]+0.01)) for i in range(num_cities-1): ax.plot([coord_x[best_solution[i]], coord_x[best_solution[i+1]]], [coord_y[best_solution[i]], coord_y[best_solution[i+1]]], 'r') ax.plot([coord_x[best_solution[-1]], coord_x[best_solution[0]]], [coord_y[best_solution[-1]], coord_y[best_solution[0]]], 'r') plt.show() print('最优路径编号序列:', best_solution+1) print('最优路径长度:', best_length) ``` 以上三部分代码连起来就是完整的基于Python的模拟退火算法实现进化算法求解TSP问题的代码。

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