在三维空间中利用蚁群算法求解TSP模型并将最优任务序列以图像形式输出的python代码

时间: 2024-01-22 20:17:18 浏览: 20
以下是基于蚁群算法求解TSP问题并输出最优路径的Python代码(使用Matplotlib库绘制图像): ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt class Ant: def __init__(self, alpha, beta, city_num, pheromone_graph): self.alpha = alpha self.beta = beta self.city_num = city_num self.pheromone_graph = pheromone_graph self.path = [] # 路径 self.allowed_cities = [i for i in range(city_num)] # 允许搜索的城市 self.current_city = np.random.randint(0, city_num) # 当前城市 self.path.append(self.current_city) self.allowed_cities.remove(self.current_city) self.total_distance = 0. # 选择下一个城市 def select_next_city(self): prob_list = self.get_prob_list() next_city = np.random.choice(self.allowed_cities, p=prob_list.ravel()) self.path.append(next_city) self.allowed_cities.remove(next_city) self.total_distance += self.pheromone_graph[self.current_city][next_city] self.current_city = next_city # 获取城市间转移概率 def get_prob_list(self): prob_list = [] for city in self.allowed_cities: prob = self.pheromone_graph[self.current_city][city] ** self.alpha * \ ((1. / self.get_distance(self.current_city, city)) ** self.beta) prob_list.append(prob) return prob_list / sum(prob_list) # 计算两城市间距离 def get_distance(self, city1, city2): return np.sqrt((points[city1][0] - points[city2][0]) ** 2 + (points[city1][1] - points[city2][1]) ** 2) class TSP: def __init__(self, ant_num, gen_num, alpha, beta, rho, q, points): self.ant_num = ant_num self.gen_num = gen_num self.alpha = alpha self.beta = beta self.rho = rho self.q = q self.city_num = len(points) self.pheromone_graph = [[1. / (self.city_num * self.city_num) for j in range(self.city_num)] for i in range(self.city_num)] self.ants = [Ant(alpha, beta, self.city_num, self.pheromone_graph) for i in range(ant_num)] self.best_path = [] self.best_distance = np.inf self.points = points def search(self): fig = plt.figure() ax = fig.add_subplot(1, 1, 1) for gen in range(self.gen_num): for ant in self.ants: for i in range(self.city_num - 1): ant.select_next_city() ant.total_distance += self.get_distance(ant.path[-1], ant.path[0]) if ant.total_distance < self.best_distance: self.best_distance = ant.total_distance self.best_path = ant.path for i in range(self.city_num - 1): self.pheromone_graph[ant.path[i]][ant.path[i+1]] += self.q / ant.total_distance self.pheromone_graph[ant.path[i+1]][ant.path[i]] = self.pheromone_graph[ant.path[i]][ant.path[i+1]] self.pheromone_graph[ant.path[-1]][ant.path[0]] += self.q / ant.total_distance self.pheromone_graph[ant.path[0]][ant.path[-1]] = self.pheromone_graph[ant.path[-1]][ant.path[0]] ant.__init__(self.alpha, self.beta, self.city_num, self.pheromone_graph) self.update_pheromone_graph() self.ants = [Ant(self.alpha, self.beta, self.city_num, self.pheromone_graph) for i in range(self.ant_num)] if gen % 10 == 0: self.plot_path(ax) plt.show() # 更新信息素 def update_pheromone_graph(self): for i in range(self.city_num): for j in range(self.city_num): self.pheromone_graph[i][j] *= self.rho # 计算两城市间距离 def get_distance(self, city1, city2): return np.sqrt((self.points[city1][0] - self.points[city2][0]) ** 2 + (self.points[city1][1] - self.points[city2][1]) ** 2) # 绘制路径 def plot_path(self, ax): x = [] y = [] for city in self.best_path: x.append(self.points[city][0]) y.append(self.points[city][1]) x.append(self.points[self.best_path[0]][0]) y.append(self.points[self.best_path[0]][1]) ax.clear() ax.plot(x, y, marker='o') ax.set_title("Best Path: " + str(self.best_path) + " Distance: " + str(self.best_distance)) plt.draw() plt.pause(0.001) if __name__ == '__main__': points = np.random.rand(10, 2) # 生成10个随机坐标 tsp = TSP(ant_num=10, gen_num=100, alpha=1, beta=5, rho=0.5, q=100, points=points) tsp.search() ``` 在运行代码之后,会弹出一个窗口,实时绘制最优路径。其中,alpha、beta、rho、q为蚁群算法的参数,ant_num为蚂蚁数量,gen_num为迭代次数,points为城市的坐标点。

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