用混合遗传模拟退火算法求解TSP问题并给出实现代码

时间: 2024-02-11 12:06:30 浏览: 180
TSP问题是一个经典的组合优化问题,它的目标是找到一条经过所有给定城市并回到起点的最短路径。混合遗传模拟退火算法(Hybrid Genetic Simulated Annealing Algorithm,HGSA)是一种结合了遗传算法和模拟退火算法的优化算法,可以用于求解TSP问题。 以下是使用Python实现HGSA算法求解TSP问题的示例代码: ```python import numpy as np import random # TSP问题中的城市坐标 cities = np.array([[60, 200], [180, 200], [80, 180], [140, 180], [20, 160], [100, 160], [200, 160], [140, 140], [40, 120], [100, 120], [180, 100], [60, 80], [120, 80], [180, 60], [20, 40], [100, 40], [200, 40], [20, 20], [60, 20], [160, 20]]) # 计算两个城市之间的距离 def distance(city1, city2): return np.sqrt(np.sum((city1 - city2) ** 2)) # 计算路径的总长度 def path_length(path): length = 0 for i in range(len(path) - 1): length += distance(cities[path[i]], cities[path[i+1]]) length += distance(cities[path[-1]], cities[path[0]]) return length # 初始化种群 def init_population(pop_size, num_cities): population = [] for i in range(pop_size): path = list(range(num_cities)) random.shuffle(path) population.append(path) return population # 交叉操作 def crossover(parent1, parent2): child = [-1] * len(parent1) start, end = sorted([random.randint(0, len(parent1)-1) for _ in range(2)]) for i in range(start, end+1): child[i] = parent1[i] j = 0 for i in range(len(parent2)): if parent2[i] not in child: if child[j] == -1: child[j] = parent2[i] j += 1 return child # 变异操作 def mutation(path): path = path.copy() start, end = sorted([random.randint(0, len(path)-1) for _ in range(2)]) path[start:end+1] = reversed(path[start:end+1]) return path # 模拟退火操作 def simulated_annealing(path, temperature): old_length = path_length(path) new_path = mutation(path) new_length = path_length(new_path) if new_length < old_length: return new_path else: delta = new_length - old_length probability = np.exp(-delta / temperature) if random.random() < probability: return new_path else: return path # 适应度函数 def fitness(path): return 1 / path_length(path) # 选择操作 def selection(population, fitness_values): idx = np.random.choice(len(population), size=2, p=fitness_values/fitness_values.sum(), replace=False) return population[idx[0]], population[idx[1]] # HGSA算法 def hgsa(pop_size, num_cities, max_iter): population = init_population(pop_size, num_cities) for i in range(max_iter): # 交叉操作 new_population = [] fitness_values = np.array([fitness(path) for path in population]) for j in range(pop_size // 2): parent1, parent2 = selection(population, fitness_values) child1 = crossover(parent1, parent2) child2 = crossover(parent2, parent1) new_population.append(child1) new_population.append(child2) # 模拟退火操作 for j in range(pop_size): temperature = (max_iter - i) / max_iter new_population[j] = simulated_annealing(new_population[j], temperature) population = new_population # 返回最优解 fitness_values = np.array([fitness(path) for path in population]) idx = np.argmax(fitness_values) return population[idx], path_length(population[idx]) # 测试代码 path, length = hgsa(100, len(cities), 1000) print("最短路径:", path) print("路径长度:", length) ``` 在上面的代码中,我们首先定义了TSP问题中的城市坐标,然后实现了计算两个城市之间距离、计算路径总长度、初始化种群、交叉操作、变异操作、模拟退火操作、适应度函数和选择操作等函数。最后,我们使用HGSA算法求解TSP问题,并输出最优解的路径和长度。 需要注意的是,上面的代码只是一个示例,实际应用中需要根据具体问题进行调整和优化。
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