用C语言实现蚁群算法

时间: 2023-08-10 11:06:01 浏览: 65
以下是一个简单的C语言实现蚁群算法的示例代码: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #include <time.h> #define MAX_CITIES 100 #define MAX_ANTS 10 #define ALPHA 1.0 #define BETA 5.0 #define RHO 0.5 #define QVAL 100.0 #define MAX_TOURS 100 #define MAX_TIME (MAX_CITIES * MAX_TOURS) // 城市坐标 typedef struct { int x, y; } cityType; // 蚂蚁 typedef struct { int curCity, nextCity; int path[MAX_CITIES]; int visited[MAX_CITIES]; double tourLength; } antType; // 全局变量 int numCities, numAnts; cityType cities[MAX_CITIES]; antType ants[MAX_ANTS]; double dist[MAX_CITIES][MAX_CITIES]; double pheromone[MAX_CITIES][MAX_CITIES]; double bestTourLength; int bestTour[MAX_CITIES]; // 初始化城市坐标 void initCities() { int i; for (i = 0; i < numCities; i++) { cities[i].x = rand() % 100; cities[i].y = rand() % 100; } } // 计算两个城市之间的距离 double distance(cityType city1, cityType city2) { double dx = (double)(city1.x - city2.x); double dy = (double)(city1.y - city2.y); return sqrt(dx * dx + dy * dy); } // 初始化距离矩阵和信息素矩阵 void initDistPhero() { int i, j; for (i = 0; i < numCities; i++) { for (j = 0; j < numCities; j++) { dist[i][j] = distance(cities[i], cities[j]); pheromone[i][j] = 0.1; } } } // 初始化蚂蚁 void initAnts() { int i, j, k; for (i = 0; i < numAnts; i++) { ants[i].curCity = rand() % numCities; for (j = 0; j < numCities; j++) { ants[i].visited[j] = 0; ants[i].path[j] = -1; } ants[i].path[0] = ants[i].curCity; ants[i].visited[ants[i].curCity] = 1; ants[i].nextCity = -1; ants[i].tourLength = 0.0; } } // 选择下一个城市 int selectNextCity(int ant) { int i, j; double denom = 0.0; for (i = 0; i < numCities; i++) { if (!ants[ant].visited[i]) { denom += pow(pheromone[ants[ant].curCity][i], ALPHA) * pow(1.0 / dist[ants[ant].curCity][i], BETA); } } if (denom == 0.0) { denom = 1.0; } for (i = 0; i < numCities; i++) { if (ants[ant].visited[i]) { continue; } double prob = pow(pheromone[ants[ant].curCity][i], ALPHA) * pow(1.0 / dist[ants[ant].curCity][i], BETA) / denom; double randNum = ((double)rand() / (double)RAND_MAX); if (randNum < prob) { return i; } } return -1; } // 更新信息素矩阵 void updatePheromone() { int i, j, ant; for (i = 0; i < numCities; i++) { for (j = 0; j < numCities; j++) { pheromone[i][j] *= (1.0 - RHO); } } for (ant = 0; ant < numAnts; ant++) { for (i = 0; i < numCities - 1; i++) { int from = ants[ant].path[i]; int to = ants[ant].path[i + 1]; pheromone[from][to] += (QVAL / ants[ant].tourLength); pheromone[to][from] = pheromone[from][to]; } pheromone[ants[ant].path[numCities - 1]][ants[ant].path[0]] += (QVAL / ants[ant].tourLength); pheromone[ants[ant].path[0]][ants[ant].path[numCities - 1]] = pheromone[ants[ant].path[numCities - 1]][ants[ant].path[0]]; } } // 运行蚁群算法 void antColonyOptimization() { int i, j, k; int curTime = 0; bestTourLength = 100000.0; while (curTime < MAX_TIME) { for (i = 0; i < numAnts; i++) { for (j = 0; j < numCities - 1; j++) { ants[i].nextCity = selectNextCity(i); ants[i].visited[ants[i].nextCity] = 1; ants[i].path[j + 1] = ants[i].nextCity; ants[i].tourLength += dist[ants[i].curCity][ants[i].nextCity]; ants[i].curCity = ants[i].nextCity; } ants[i].tourLength += dist[ants[i].path[numCities - 1]][ants[i].path[0]]; if (ants[i].tourLength < bestTourLength) { bestTourLength = ants[i].tourLength; for (k = 0; k < numCities; k++) { bestTour[k] = ants[i].path[k]; } } ants[i].curCity = rand() % numCities; for (j = 0; j < numCities; j++) { ants[i].visited[j] = 0; ants[i].path[j] = -1; } ants[i].path[0] = ants[i].curCity; ants[i].visited[ants[i].curCity] = 1; ants[i].nextCity = -1; ants[i].tourLength = 0.0; } updatePheromone(); curTime++; } printf("Best tour length: %lf\n", bestTourLength); printf("Best tour: "); for (i = 0; i < numCities; i++) { printf("%d ", bestTour[i]); } printf("\n"); } int main() { srand(time(NULL)); numCities = 20; numAnts = 5; initCities(); initDistPhero(); initAnts(); antColonyOptimization(); return 0; } ``` 在这个示例中,我们通过调用 `antColonyOptimization` 函数来运行蚁群算法。在算法中,我们先定义了城市坐标、蚂蚁和全局变量等结构体,然后定义了初始化城市坐标、计算两个城市之间的距离、初始化距离矩阵和信息素矩阵、初始化蚂蚁、选择下一个城市、更新信息素矩阵等函数。在 `antColonyOptimization` 函数中,我们首先初始化全局变量,然后进行一系列迭代,在每次迭代中选择下一个城市、更新蚂蚁路径和目标函数值、更新信息素矩阵。最终,输出得到的最优解及其目标函数值。 需要注意的是,这只是一个简单的示例代码,实际应用中需要根据具体问题进行相应的修改和调整。

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