将蚁群算法运用到NX二次开发中,实现将选取的点之间最短路径的搜索,并输出算法找到的最短路径,要求在平面上,以及在三维几何体上的随机点分别测试。c++

时间: 2024-01-21 08:18:17 浏览: 79
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以下是将蚁群算法应用于NX二次开发中的示例代码,其中包括平面上和三维几何体上的随机点测试: ```c++ #include <iostream> #include <vector> #include <cmath> #include <cstdlib> #include <ctime> using namespace std; const int MAX_ANT = 50; const double ALPHA = 1.0; const double BETA = 2.0; const double RHO = 0.5; const double Q = 100.0; const int MAX_ITER = 100; struct Point { double x, y, z; Point() {} Point(double _x, double _y, double _z) : x(_x), y(_y), z(_z) {} }; struct Edge { int from, to; double weight; Edge(int _from, int _to, double _weight) : from(_from), to(_to), weight(_weight) {} }; class Ant { public: Ant(int num_points) : tabu_(num_points, false), tour_(num_points + 1) {} void Clear() { for (int i = 0; i < tabu_.size(); ++i) { tabu_[i] = false; } tour_[0] = tour_[tour_.size() - 1] = -1; cur_pos_ = 0; tour_length_ = 0.0; } void VisitPoint(int point) { tour_[cur_pos_++] = point; tabu_[point] = true; if (cur_pos_ == tour_.size()) { tour_length_ += GetEdgeWeight(tour_[cur_pos_ - 2], tour_[cur_pos_ - 1]); tour_length_ += GetEdgeWeight(tour_[cur_pos_ - 1], tour_[0]); } else { tour_length_ += GetEdgeWeight(tour_[cur_pos_ - 2], tour_[cur_pos_ - 1]); } } int ChooseNextPoint(const vector<vector<Edge>>& edges, int cur_point) { double sum_prob = 0.0; vector<double> probs(edges[cur_point].size(), 0.0); for (int i = 0; i < edges[cur_point].size(); ++i) { if (!tabu_[edges[cur_point][i].to]) { probs[i] = pow(edges[cur_point][i].weight, ALPHA) * pow(1.0 / GetEdgeWeight(cur_point, edges[cur_point][i].to), BETA); sum_prob += probs[i]; } } if (sum_prob == 0.0) { for (int i = 0; i < tabu_.size(); ++i) { if (!tabu_[i]) { return i; } } } for (int i = 0; i < probs.size(); ++i) { probs[i] /= sum_prob; } double r = (double)rand() / RAND_MAX; double sum = 0.0; for (int i = 0; i < probs.size(); ++i) { sum += probs[i]; if (r <= sum) { return edges[cur_point][i].to; } } return -1; } double GetTourLength() const { return tour_length_; } const vector<int>& GetTour() const { return tour_; } private: vector<bool> tabu_; vector<int> tour_; int cur_pos_ = 0; double tour_length_ = 0.0; double GetEdgeWeight(int from, int to) const { // Calculate the distance between two points Point p1, p2; if (from < num_points_ && to < num_points_) { // 2D case p1 = points_[from]; p2 = points_[to]; } else { // 3D case p1 = points_3d_[from - num_points_]; p2 = points_3d_[to - num_points_]; } double dx = p1.x - p2.x; double dy = p1.y - p2.y; double dz = p1.z - p2.z; return sqrt(dx * dx + dy * dy + dz * dz); } vector<Point> points_; vector<Point> points_3d_; int num_points_; friend class AntColonyOptimizer; }; class AntColonyOptimizer { public: AntColonyOptimizer(int num_points, const vector<Point>& points, const vector<Point>& points_3d) : num_points_(num_points), points_(points), points_3d_(points_3d) { srand((unsigned int)time(NULL)); InitEdges(); } void SetParams(double alpha, double beta, double rho, double q) { ALPHA = alpha; BETA = beta; RHO = rho; Q = q; } void Optimize() { ants_.resize(MAX_ANT, Ant(num_points_)); for (int i = 0; i < MAX_ANT; ++i) { ants_[i].Clear(); } for (int i = 0; i < num_points_; ++i) { best_tour_.push_back(i); } best_tour_length_ = GetTourLength(best_tour_); for (int iter = 0; iter < MAX_ITER; ++iter) { for (int i = 0; i < MAX_ANT; ++i) { ants_[i].Clear(); } for (int i = 0; i < MAX_ANT; ++i) { int start_point = rand() % num_points_; ants_[i].VisitPoint(start_point); while (ants_[i].cur_pos_ < num_points_) { int next_point = ants_[i].ChooseNextPoint(edges_, ants_[i].tour_[ants_[i].cur_pos_ - 1]); if (next_point == -1) { break; } ants_[i].VisitPoint(next_point); } ants_[i].tour_length_ += GetEdgeWeight(ants_[i].tour_[num_points_ - 1], ants_[i].tour_[0]); if (ants_[i].tour_length_ < best_tour_length_) { best_tour_ = ants_[i].tour_; best_tour_length_ = ants_[i].tour_length_; } } UpdatePheromones(); } } const vector<int>& GetBestTour() const { return best_tour_; } double GetBestTourLength() const { return best_tour_length_; } private: vector<vector<Edge>> edges_; int num_points_; vector<Point> points_; vector<Point> points_3d_; vector<Ant> ants_; vector<int> best_tour_; double best_tour_length_; double ALPHA; double BETA; double RHO; double Q; void InitEdges() { edges_.resize(num_points_ + points_3d_.size()); for (int i = 0; i < num_points_; ++i) { for (int j = i + 1; j < num_points_; ++j) { double weight = GetEdgeWeight(i, j); edges_[i].push_back(Edge(i, j, weight)); edges_[j].push_back(Edge(j, i, weight)); } for (int j = 0; j < points_3d_.size(); ++j) { double weight = GetEdgeWeight(i, j + num_points_); edges_[i].push_back(Edge(i, j + num_points_, weight)); edges_[j + num_points_].push_back(Edge(j + num_points_, i, weight)); } } for (int i = 0; i < points_3d_.size(); ++i) { for (int j = i + 1; j < points_3d_.size(); ++j) { double weight = GetEdgeWeight(i + num_points_, j + num_points_); edges_[i + num_points_].push_back(Edge(i + num_points_, j + num_points_, weight)); edges_[j + num_points_].push_back(Edge(j + num_points_, i + num_points_, weight)); } } } double GetEdgeWeight(int from, int to) const { // Calculate the distance between two points Point p1, p2; if (from < num_points_ && to < num_points_) { // 2D case p1 = points_[from]; p2 = points_[to]; } else { // 3D case p1 = points_3d_[from - num_points_]; p2 = points_3d_[to - num_points_]; } double dx = p1.x - p2.x; double dy = p1.y - p2.y; double dz = p1.z - p2.z; return sqrt(dx * dx + dy * dy + dz * dz); } void UpdatePheromones() { vector<vector<double>> delta(num_points_ + points_3d_.size(), vector<double>(num_points_ + points_3d_.size(), 0.0)); for (int i = 0; i < MAX_ANT; ++i) { for (int j = 0; j < num_points_; ++j) { delta[ants_[i].tour_[j]][ants_[i].tour_[j + 1]] += Q / ants_[i].tour_length_; delta[ants_[i].tour_[j + 1]][ants_[i].tour_[j]] += Q / ants_[i].tour_length_; } delta[ants_[i].tour_[num_points_]][ants_[i].tour_[0]] += Q / ants_[i].tour_length_; delta[ants_[i].tour_[0]][ants_[i].tour_[num_points_]] += Q / ants_[i].tour_length_; } for (int i = 0; i < num_points_ + points_3d_.size(); ++i) { for (int j = 0; j < num_points_ + points_3d_.size(); ++j) { edges_[i][j].weight = edges_[i][j].weight * (1.0 - RHO) + delta[i][j]; } } } double GetTourLength(const vector<int>& tour) const { double length = 0.0; for (int i = 0; i < num_points_; ++i) { length += GetEdgeWeight(tour[i], tour[i + 1]); } return length; } }; int main() { int num_points_2d = 10; int num_points_3d = 10; vector<Point> points_2d(num_points_2d); vector<Point> points_3d(num_points_3d); for (int i = 0; i < num_points_2d; ++i) { points_2d[i].x = (double)rand() / RAND_MAX * 100.0; points_2d[i].y = (double)rand() / RAND_MAX * 100.0; } for (int i = 0; i < num_points_3d; ++i) { points_3d[i].x = (double)rand() / RAND_MAX * 100.0; points_3d[i].y = (double)rand() / RAND_MAX * 100.0; points_3d[i].z = (double)rand() / RAND_MAX * 100.0; } AntColonyOptimizer optimizer(num_points_2d, points_2d, points_3d); optimizer.SetParams(1.0, 2.0, 0.5, 100.0); optimizer.Optimize(); cout << "2D case:" << endl; cout << "Best tour length: " << optimizer.GetBestTourLength() << endl; cout << "Best tour: "; for (int i = 0; i < num_points_2d; ++i) { cout << optimizer.GetBestTour()[i] << " "; } cout << endl; optimizer = AntColonyOptimizer(num_points_3d, points_2d, points_3d); optimizer.SetParams(1.0, 2.0, 0.5, 100.0); optimizer.Optimize(); cout << "3D case:" << endl; cout << "Best tour length: " << optimizer.GetBestTourLength() << endl; cout << "Best tour: "; for (int i = 0; i < num_points_3d; ++i) { cout << optimizer.GetBestTour()[i] << " "; } cout << endl; return 0; } ``` 在上面的代码中,Ant 类表示蚂蚁,其中包括它的禁忌表、当前路径、当前位置以及当前路径长度等属性。它的 VisitPoint 方法表示访问一个点,ChooseNextPoint 方法表示选择下一个要访问的点,GetTourLength 方法表示获取当前路径长度,GetTour 方法表示获取当前路径。 AntColonyOptimizer 类表示蚁群算法优化器,其中包括所有边的权重、所有蚂蚁、最佳路径及其长度等属性。它的 Optimize 方法表示进行蚁群算法优化,GetBestTour 方法表示获取最佳路径,GetBestTourLength 方法表示获取最佳路径长度,SetParams 方法表示设置蚁群算法的参数,InitEdges 方法表示初始化所有边的权重,GetEdgeWeight 方法表示计算两个点之间的距离,UpdatePheromones 方法表示更新信息素。 在 main 函数中,我们首先生成一些随机点,然后分别对平面和三维几何体上的随机点进行测试,输出最佳路径及其长度。
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