面波频散曲线反演速度模型 遗传算法C++算法

时间: 2023-10-17 13:05:20 浏览: 45
面波频散曲线反演速度模型可以使用遗传算法进行优化。遗传算法是一种模拟自然进化的优化算法,通过模拟生物进化的过程,逐步优化目标函数。下面是一个使用遗传算法进行面波频散曲线反演速度模型的C++算法实现: ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <cmath> #include <random> // 计算模型预测的频散曲线 std::vector<double> computeModelDispersionCurve(std::vector<double>& velocityModel, double frequency) { std::vector<double> dispersionCurve; // 计算频散曲线 for (double velocity : velocityModel) { double wavenumber = 2 * M_PI * frequency / velocity; dispersionCurve.push_back(wavenumber); } return dispersionCurve; } // 计算观测的频散曲线 std::vector<double> computeObservedDispersionCurve() { std::vector<double> dispersionCurve = {0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5}; return dispersionCurve; } // 计算适应度函数(最小二乘误差) double fitnessFunction(std::vector<double>& observedDispersionCurve, std::vector<double>& modelDispersionCurve) { if (observedDispersionCurve.size() != modelDispersionCurve.size()) { std::cerr << "频散曲线长度不一致" << std::endl; return std::numeric_limits<double>::infinity(); } double error = 0.0; for (int i = 0; i < observedDispersionCurve.size(); i++) { error += std::pow(observedDispersionCurve[i] - modelDispersionCurve[i], 2); } return error; } // 遗传算法进行频散曲线反演 std::vector<double> inversion(std::vector<double>& observedDispersionCurve, double frequency, int populationSize, int maxGenerations) { // 初始化种群 std::random_device rd; std::mt19937 gen(rd()); std::uniform_real_distribution<double> dist(1.0, 5.0); std::vector<std::vector<double>> population(populationSize); for (int i = 0; i < populationSize; i++) { for (int j = 0; j < observedDispersionCurve.size(); j++) { population[i].push_back(dist(gen)); } } // 进化过程 for (int generation = 0; generation < maxGenerations; generation++) { // 计算适应度 std::vector<double> fitnessValues(populationSize); for (int i = 0; i < populationSize; i++) { std::vector<double> modelDispersionCurve = computeModelDispersionCurve(population[i], frequency); fitnessValues[i] = fitnessFunction(observedDispersionCurve, modelDispersionCurve); } // 选择操作 std::vector<std::vector<double>> newPopulation(populationSize); for (int i = 0; i < populationSize; i++) { int parent1 = std::min_element(fitnessValues.begin(), fitnessValues.end()) - fitnessValues.begin(); int parent2 = parent1; while (parent2 == parent1) { parent2 = std::min_element(fitnessValues.begin(), fitnessValues.end()) - fitnessValues.begin(); } // 交叉操作 std::uniform_int_distribution<int> crossoverPoint(1, observedDispersionCurve.size() - 1); int crossover = crossoverPoint(gen); for (int j = 0; j < crossover; j++) { newPopulation[i].push_back(population[parent1][j]); } for (int j = crossover; j < observedDispersionCurve.size(); j++) { newPopulation[i].push_back(population[parent2][j]); } // 变异操作 std::uniform_real_distribution<double> mutationValue(0.9, 1.1); std::uniform_int_distribution<int> mutationPosition(0, observedDispersionCurve.size() - 1); for (int j = 0; j < observedDispersionCurve.size(); j++) { if (mutationValue(gen) < 0.1) { newPopulation[i][mutationPosition(gen)] = dist(gen); } } } // 更新种群 population = newPopulation; } // 选择最佳个体 double bestFitness = std::numeric_limits<double>::infinity(); int bestIndividual = -1; for (int i = 0; i < populationSize; i++) { std::vector<double> modelDispersionCurve = computeModelDispersionCurve(population[i], frequency); double fitness = fitnessFunction(observedDispersionCurve, modelDispersionCurve); if (fitness < bestFitness) { bestFitness = fitness; bestIndividual = i; } } return population[bestIndividual]; } int main() { // 计算观测的频散曲线 std::vector<double> observedDispersionCurve = computeObservedDispersionCurve(); // 进行频散曲线反演 double frequency = 10.0; int populationSize = 100; int maxGenerations = 100; std::vector<double> velocityModel = inversion(observedDispersionCurve, frequency, populationSize, maxGenerations); // 输出速度模型 std::cout << "速度模型: "; for (double velocity : velocityModel) { std::cout << velocity << " "; } std::cout << std::endl; return 0; } ``` 在这个示例代码中,我们首先定义了计算模型预测的频散曲线的函数 `computeModelDispersionCurve` 和计算观测的频散曲线的函数 `computeObservedDispersionCurve`,以及计算适应度函数(最小二乘误差)的函数 `fitnessFunction`。然后,在 `inversion` 函数中,我们使用遗传算法进行频散曲线反演。在遗传算法的进化过程中,我们进行选择操作、交叉操作和变异操作,并更新种群。最后,选择最佳个体作为最终的速度模型。 在 `main` 函数中,我们调用 `computeObservedDispersionCurve` 函数计算观测的频散曲线。然后,调用 `inversion` 函数进行频散曲线反演,并输出速度模型。 请注意,这只是一个基本的示例代码,实际的面波频散曲线反演可能涉及到更复杂的算法和参数设置。你可以根据你的具体需求,对这个算法进行适当的修改和扩展。

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