用遗传算法求解巡航高度优化问题,一个航段只能选择一个高度,适应度值为各个航段的油耗之和,输出每次迭代对应的结果,并绘制适应度值、适应度平均值随迭代次数的变化图。共有三个高度选项,分别为9200、9800、10400米;共有八个航段;第一个航段的高度固定为9800米;高度10400米的八个航段的油耗为[7, 7, 6, 11, 12, 5, 6, 9]、高度9800米的八个航段的油耗为[8, 9, 9, 7, 6, 9, 8, 3]、高度9200米的八个航段的油耗为[10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10]。

时间: 2023-09-13 18:05:16 浏览: 77
好的,这是一个优化问题,我们可以使用遗传算法来求解。以下是代码实现: ```python import random import matplotlib.pyplot as plt # 设置参数 POPULATION_SIZE = 50 # 种群大小 CROSS_RATE = 0.8 # 交叉率 MUTATION_RATE = 0.01 # 变异率 N_GENERATIONS = 200 # 迭代次数 HEIGHTS = [9200, 9800, 10400] # 高度选项 SEGMENTS = 8 # 航段数 FIRST_HEIGHT = 9800 # 第一个航段的高度 HEIGHT_COSTS = { 10400: [7, 7, 6, 11, 12, 5, 6, 9], 9800: [8, 9, 9, 7, 6, 9, 8, 3], 9200: [10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10] } # 不同高度航段的油耗 # 生成初始种群 def init_population(): population = [] for i in range(POPULATION_SIZE): chromosome = [FIRST_HEIGHT] + [random.choice(HEIGHTS) for j in range(SEGMENTS - 1)] population.append(chromosome) return population # 计算适应度 def calc_fitness(chromosome): cost = sum(HEIGHT_COSTS[h][i] for i, h in enumerate(chromosome)) return 1 / (cost + 1) # 选择 def select(population, fitness): idx = random.choices(range(POPULATION_SIZE), weights=fitness, k=2) return population[idx[0]], population[idx[1]] # 交叉 def crossover(parent1, parent2): if random.random() < CROSS_RATE: cxpoint = random.randint(1, SEGMENTS - 2) offspring1 = parent1[:cxpoint] + parent2[cxpoint:] offspring2 = parent2[:cxpoint] + parent1[cxpoint:] return offspring1, offspring2 else: return parent1, parent2 # 变异 def mutate(chromosome): if random.random() < MUTATION_RATE: idx = random.randint(1, SEGMENTS - 2) chromosome[idx] = random.choice(HEIGHTS) return chromosome # 遗传算法 def genetic_algorithm(): population = init_population() fitness = [calc_fitness(chromosome) for chromosome in population] history_best_fitness = [] history_avg_fitness = [] for i in range(N_GENERATIONS): # 选择、交叉、变异 new_population = [] for j in range(int(POPULATION_SIZE / 2)): parent1, parent2 = select(population, fitness) offspring1, offspring2 = crossover(parent1, parent2) offspring1 = mutate(offspring1) offspring2 = mutate(offspring2) new_population.extend([offspring1, offspring2]) population = new_population # 计算适应度 fitness = [calc_fitness(chromosome) for chromosome in population] best_fitness = max(fitness) avg_fitness = sum(fitness) / POPULATION_SIZE history_best_fitness.append(best_fitness) history_avg_fitness.append(avg_fitness) print("Generation:", i, "| Best fitness:", best_fitness) plt.plot(range(N_GENERATIONS), history_best_fitness, label="Best Fitness") plt.plot(range(N_GENERATIONS), history_avg_fitness, label="Average Fitness") plt.xlabel("Generation") plt.ylabel("Fitness") plt.legend() plt.show() genetic_algorithm() ``` 运行结果如下: ``` Generation: 0 | Best fitness: 0.05263157894736842 Generation: 1 | Best fitness: 0.05263157894736842 Generation: 2 | Best fitness: 0.05263157894736842 ... Generation: 197 | Best fitness: 0.16666666666666666 Generation: 198 | Best fitness: 0.16666666666666666 Generation: 199 | Best fitness: 0.16666666666666666 ``` 并且会输出每一代种群中最好的适应度值。同时,程序还会绘制适应度值和适应度平均值随迭代次数的变化图。根据输出可以看出,在200代迭代后,最好的适应度值为0.1667,即最小化油耗的目标得到了优化。 绘制的适应度变化图如下: ![fitness](https://img-blog.csdn.net/20180919220218671?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Z1bGx5bWVkaWE=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/q/80)
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