蚁群算法旅行商问题Python

时间: 2023-08-14 10:14:28 浏览: 41
以下是使用Python实现蚁群算法解决旅行商问题的代码: ```python import random class Ant: def __init__(self, n, alpha, beta, pheromone, distance): self.n = n self.alpha = alpha self.beta = beta self.pheromone = pheromone self.distance = distance self.visited = [False] * n self.path = [] self.total_distance = 0 def select_next_city(self, current_city): unvisited_cities = [i for i in range(self.n) if not self.visited[i]] if not unvisited_cities: return None probabilities = [self.pheromone[current_city][i] ** self.alpha * (1.0 / self.distance[current_city][i]) ** self.beta for i in unvisited_cities] total = sum(probabilities) r = random.uniform(0, total) prob_sum = 0 for i, city in enumerate(unvisited_cities): prob_sum += probabilities[i] if prob_sum >= r: return city def visit_city(self, city): self.visited[city] = True self.path.append(city) if len(self.path) == 1: self.total_distance = 0 else: prev = self.path[-2] self.total_distance += self.distance[prev][city] def __str__(self): return f'{self.path} ({self.total_distance})' class AntColony: def __init__(self, distances, n_ants, n_best, n_iterations, decay, alpha=1, beta=1): self.distances = distances self.pheromone = [[1.0 / (distances[i][j]) for j in range(n)] for i in range(n)] self.all_ants = [] for i in range(n_ants): self.all_ants.append(Ant(n, alpha, beta, self.pheromone, distances)) self.n_best = n_best self.n_iterations = n_iterations self.decay = decay self.best_ant = None self.best_distance = float('inf') self.average_distance = 0 def run(self): for iteration in range(self.n_iterations): for ant in self.all_ants: start = random.randint(0, self.n - 1) ant.visited = [False] * self.n ant.path = [] ant.total_distance = 0 ant.visit_city(start) for i in range(self.n - 1): current_city = ant.path[-1] next_city = ant.select_next_city(current_city) if next_city is None: break ant.visit_city(next_city) if ant.total_distance < self.best_distance: self.best_distance = ant.total_distance self.best_ant = ant for i in range(1, len(ant.path)): prev = ant.path[i - 1] current = ant.path[i] self.pheromone[prev][current] += 1.0 / ant.total_distance self.pheromone[current][prev] = self.pheromone[prev][current] self.average_distance += ant.total_distance self.average_distance /= len(self.all_ants) for i, row in enumerate(self.pheromone): for j, value in enumerate(row): self.pheromone[i][j] *= self.decay self.pheromone[i][j] = max(self.pheromone[i][j], 0.0001) return self.best_ant ``` 这段代码实现了Ant和AntColony类,其中Ant类表示一只蚂蚁,AntColony类管理整个蚁群算法的运行。在Ant类中,我们实现了选择下一个城市和访问城市的方法。在AntColony类中,我们使用了蚁群算法的基本步骤:初始化信息素、移动蚂蚁并更新信息素、更新最优解和信息素浓度、重复执行多次以找到最优解。 使用这段代码解决旅行商问题的步骤如下: 1. 创建一个n×n的距离矩阵,其中第i行第j列表示从城市i到城市j的距离。 2. 创建一个AntColony对象,并传入距离矩阵、蚂蚁数量、最优解数量、迭代次数、信息素挥发率等参数。 3. 调用AntColony的run()方法,得到最优解Ant对象。 4. 从Ant对象中获取路径和距离,即可得到最优解。 以下是一个简单的示例: ```python n = 5 distances = [[0, 2, 3, 4, 5], [2, 0, 4, 5, 6], [3, 4, 0, 6, 7], [4, 5, 6, 0, 8], [5, 6, 7, 8, 0]] colony = AntColony(distances, n_ants=10, n_best=2, n_iterations=10, decay=0.1) best_ant = colony.run() print(best_ant) ``` 这个示例中,我们创建了一个5个城市的旅行商问题,距离矩阵为distances。我们创建了一个AntColony对象,设置蚂蚁数量为10,最优解数量为2,迭代次数为10,信息素挥发率为0.1。最后,我们调用run()方法得到最优解,并打印出来。

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