01背包问题蚁群算法python

时间: 2023-12-02 16:43:23 浏览: 32
以下是使用蚁群算法解决01背包问题的Python代码: ```python import random # 蚂蚁数量 ant_count = 50 # 迭代次数 iterations = 200 # 信息素挥发系数 rho = 0.1 # 信息素强度 Q = 1 # 信息素启发因子 alpha = 1 # 距离启发因子 beta = 2 # 最大质量 max_weight = 100 # 物品数量 item_count = 20 # 物品重量 item_weights = [random.randint(1, 10) for _ in range(item_count)] # 物品价值 item_values = [random.randint(1, 10) for _ in range(item_count)] # 信息素矩阵 pheromone = [[1.0 for _ in range(max_weight + 1)] for _ in range(item_count)] # 最优解 best_solution = [] best_value = 0 # 计算每个物品的价值密度 def calculate_density(): density = [] for i in range(item_count): density.append(item_values[i] / item_weights[i]) return density # 计算每个物品被选中的概率 def calculate_probabilities(ant, selected_items, density): probabilities = [] total_prob = 0 for i in range(item_count): if i not in selected_items: if ant['current_weight'] + item_weights[i] <= max_weight: p = pow(pheromone[i][ant['current_weight'] + item_weights[i]], alpha) * pow(density[i], beta) probabilities.append(p) total_prob += p else: probabilities.append(0) else: probabilities.append(0) if total_prob == 0: return [1 / (item_count - len(selected_items)) if i not in selected_items else 0 for i in range(item_count)] else: return [p / total_prob if i not in selected_items else 0 for i, p in enumerate(probabilities)] # 选择下一个物品 def select_next_item(ant, selected_items, density): probabilities = calculate_probabilities(ant, selected_items, density) r = random.uniform(0, 1) total_prob = 0 for i, p in enumerate(probabilities): total_prob += p if total_prob >= r: return i return -1 # 更新信息素矩阵 def update_pheromone(): global pheromone for i in range(item_count): for j in range(max_weight + 1): pheromone[i][j] *= (1 - rho) for ant in ants: if ant['value'] > 0: pheromone[i][j] += (Q / ant['value']) * ant['items'].count(i) * int(j == ant['current_weight']) # 初始化蚂蚁 def init_ants(): ants = [] for i in range(ant_count): ant = {'items': [], 'value': 0, 'current_weight': 0} ants.append(ant) return ants # 计算蚂蚁的价值和重量 def calculate_ant_value(ant): value = 0 weight = 0 for i in ant['items']: value += item_values[i] weight += item_weights[i] ant['value'] = value ant['current_weight'] = weight # 蚁群算法主函数 def ant_colony_optimization(): global best_solution, best_value density = calculate_density() ants = init_ants() for it in range(iterations): for ant in ants: selected_items = [] while ant['current_weight'] < max_weight: next_item = select_next_item(ant, selected_items, density) if next_item == -1: break ant['items'].append(next_item) selected_items.append(next_item) ant['current_weight'] += item_weights[next_item] calculate_ant_value(ant) if ant['value'] > best_value: best_solution = ant['items'] best_value = ant['value'] update_pheromone() return best_solution, best_value # 测试 best_solution, best_value = ant_colony_optimization() print('最优解:', best_solution) print('最优价值:', best_value) ```

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