在python中用遗传算法求解传教士和野人渡河问题,且能够设置野人数量,并且图形化表示

时间: 2024-02-06 08:10:26 浏览: 29
好的,我们可以使用Python中的遗传算法库DEAP(Distributed Evolutionary Algorithms in Python)来实现传教士和野人渡河问题的求解。接下来,我将分步骤介绍如何实现。 1. 安装DEAP库 首先,我们需要在Python环境中安装DEAP库。可以使用以下命令来安装: ``` pip install deap ``` 2. 定义问题 在传教士和野人渡河问题中,我们需要将3个传教士和3个野人从一岸运送到另一岸。每次运送可以只运送一人或一对人,但必须满足以下规则: - 传教士的数量不能少于野人的数量; - 在任何时候,如果一侧野人的数量超过传教士的数量,那么传教士会被吃掉。 我们可以用一个元组表示每个状态,元组中包括当前岸上的传教士数量、野人数量和船只位置(0表示在左岸,1表示在右岸)。我们需要定义以下函数来检查状态是否合法: ```python def is_valid(state): missionaries, cannibals, boat = state if missionaries < 0 or cannibals < 0 or missionaries > 3 or cannibals > 3: return False if missionaries < cannibals and missionaries > 0: return False if missionaries > cannibals and missionaries < 3: return False return True ``` 3. 定义适应度函数 适应度函数用来评价每个个体的适应度,这里我们可以将适应度定义为完成任务所需的步数。我们可以使用BFS算法来搜索从初始状态到目标状态的最短路径,然后将路径长度作为适应度。 ```python def fitness_function(individual): state = (3, 3, 0) goal = (0, 0, 1) path = [state] for i in range(len(individual)): if not is_valid(state): return 100, # Return a tuple if i % 2 == 0: state = (state[0] - individual[i], state[1] - individual[i+1], 1 - state[2]) else: state = (state[0] + individual[i], state[1] + individual[i+1], 1 - state[2]) path.append(state) if state == goal: return len(path), return 100, ``` 4. 定义遗传算法参数 接下来,我们需要定义遗传算法的参数。这里我们将使用DEAP库提供的工具箱(toolbox)来创建遗传算法所需的函数和参数。 ```python import random from deap import base, creator, tools # Set the number of individuals and generations POPULATION_SIZE = 50 MAX_GENERATIONS = 100 # Set the number of missionaries and cannibals NUM_MISSIONARIES = 3 NUM_CANNIBALS = 3 # Create the fitness function and individual class creator.create("FitnessMin", base.Fitness, weights=(-1.0,)) creator.create("Individual", list, fitness=creator.FitnessMin) # Create the toolbox toolbox = base.Toolbox() # Register the mutation and crossover operators toolbox.register("select", tools.selTournament, tournsize=3) toolbox.register("mate", tools.cxTwoPoint) toolbox.register("mutate", tools.mutFlipBit, indpb=0.1) # Register the individual generator toolbox.register("attr_bool", random.randint, 0, 1) toolbox.register("individual", tools.initRepeat, creator.Individual, toolbox.attr_bool, n=2*(NUM_MISSIONARIES+NUM_CANNIBALS)) toolbox.register("population", tools.initRepeat, list, toolbox.individual) ``` 5. 运行遗传算法 现在我们可以开始运行遗传算法来解决传教士和野人渡河问题了。我们需要通过以下步骤来实现: - 生成初始种群; - 评价种群中每个个体的适应度; - 选择优秀的个体进行交叉和变异,生成新的子代种群; - 重复步骤2-3,直到达到最大迭代次数或找到最优解。 ```python def main(): # Initialize the population pop = toolbox.population(n=POPULATION_SIZE) for generation in range(MAX_GENERATIONS): # Evaluate the fitness of each individual fitnesses = [fitness_function(individual) for individual in pop] for individual, fitness in zip(pop, fitnesses): individual.fitness.values = fitness # Select the next generation offspring = toolbox.select(pop, len(pop)) offspring = [toolbox.clone(individual) for individual in offspring] # Apply crossover and mutation on the offspring for i in range(1, len(offspring), 2): offspring[i-1], offspring[i] = toolbox.mate(offspring[i-1], offspring[i]) del offspring[i-1].fitness.values del offspring[i].fitness.values for individual in offspring: toolbox.mutate(individual) del individual.fitness.values # Replace the current population with the offspring pop[:] = offspring # Print the best individual in the population best_individual = tools.selBest(pop, k=1)[0] print("Generation {}: Best Fitness = {}".format(generation+1, best_individual.fitness.values[0])) # If the best individual is the goal state, stop the algorithm if best_individual.fitness.values[0] == 0: break print("Best Individual: ", best_individual) ``` 6. 可视化结果 最后,我们可以使用matplotlib库来可视化每次迭代的最优适应度值。下面是一个简单的例子: ```python import matplotlib.pyplot as plt def plot_fitness_progress(fitness_progress): plt.plot(fitness_progress) plt.xlabel("Generation") plt.ylabel("Fitness") plt.show() if __name__ == "__main__": fitness_progress = [] def save_best_fitness(population, fitness): best_fitness = min([ind.fitness.values[0] for ind in population]) fitness_progress.append(best_fitness) # Add the callback function to the toolbox toolbox.decorate("mate", save_best_fitness) toolbox.decorate("mutate", save_best_fitness) # Run the algorithm main() # Plot the progress of the best fitness value plot_fitness_progress(fitness_progress) ``` 这样,我们就完成了传教士和野人渡河问题的遗传算法求解,并且可以通过matplotlib库可视化结果。

相关推荐

最新推荐

recommend-type

Python基于Floyd算法求解最短路径距离问题实例详解

主要介绍了Python基于Floyd算法求解最短路径距离问题,结合完整实例形式详细分析了Python使用Floyd算法求解最短路径距离问题的相关操作技巧与注意事项,需要的朋友可以参考下
recommend-type

python 遗传算法求函数极值的实现代码

今天小编就为大家分享一篇python 遗传算法求函数极值的实现代码,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
recommend-type

详解用python实现简单的遗传算法

主要介绍了详解用python实现简单的遗传算法,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧
recommend-type

Python计算不规则图形面积算法实现解析

主要介绍了Python计算不规则图形面积算法实现解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下
recommend-type

解决python中用matplotlib画多幅图时出现图形部分重叠的问题

今天小编就为大家分享一篇解决python中用matplotlib画多幅图时出现图形部分重叠的问题,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
recommend-type

zigbee-cluster-library-specification

最新的zigbee-cluster-library-specification说明文档。
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

实现实时数据湖架构:Kafka与Hive集成

![实现实时数据湖架构:Kafka与Hive集成](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/10eb2e6972b3b6086286fc64c0b3ee41.jpeg) # 1. 实时数据湖架构概述** 实时数据湖是一种现代数据管理架构,它允许企业以低延迟的方式收集、存储和处理大量数据。与传统数据仓库不同,实时数据湖不依赖于预先定义的模式,而是采用灵活的架构,可以处理各种数据类型和格式。这种架构为企业提供了以下优势: - **实时洞察:**实时数据湖允许企业访问最新的数据,从而做出更明智的决策。 - **数据民主化:**实时数据湖使各种利益相关者都可
recommend-type

解释minorization-maximization (MM) algorithm,并给出matlab代码编写的例子

Minorization-maximization (MM) algorithm是一种常用的优化算法,用于求解非凸问题或含有约束的优化问题。该算法的基本思想是通过构造一个凸下界函数来逼近原问题,然后通过求解凸下界函数的最优解来逼近原问题的最优解。具体步骤如下: 1. 初始化参数 $\theta_0$,设 $k=0$; 2. 构造一个凸下界函数 $Q(\theta|\theta_k)$,使其满足 $Q(\theta_k|\theta_k)=f(\theta_k)$; 3. 求解 $Q(\theta|\theta_k)$ 的最优值 $\theta_{k+1}=\arg\min_\theta Q(
recommend-type

JSBSim Reference Manual

JSBSim参考手册,其中包含JSBSim简介,JSBSim配置文件xml的编写语法,编程手册以及一些应用实例等。其中有部分内容还没有写完,估计有生之年很难看到完整版了,但是内容还是很有参考价值的。