遗传算法解决八数码问题MATALB

时间: 2024-12-26 20:27:27 浏览: 5
### 使用MATLAB实现遗传算法解决八数码问题 #### 1. 定义适应度函数 为了评估每个个体的表现,定义一个适应度函数来计算当前状态与目标状态之间的差异。通常采用曼哈顿距离作为衡量标准。 ```matlab function fitness = calculateFitness(individual) goalState = [1, 2, 3; 4, 5, 6; 7, 8, 0]; % 目标状态 currentState = reshape(individual, 3, 3); [~, idxGoal] = find(goalState); % 获取目标位置索引 [~, idxCurrent] = find(currentState); % 获取当前位置索引 rowDiff = abs(idxGoal(1) - idxCurrent(1)); colDiff = abs(idxGoal(2) - idxCurrent(2)); fitness = sum(rowDiff(:)) + sum(colDiff(:)); % 曼哈顿距离之和 end ``` #### 2. 初始化种群 创建初始种群,随机生成多个可能的状态组合,并确保这些状态合法(即不重复且包含空白格)。 ```matlab function population = initializePopulation(popSize) population = zeros(popSize, 9); for i = 1:popSize temp = randperm(9)-1; while ~isSolvable(temp) || any(sum(abs(diff(sortrows([temp;population])), [], 2))==0) temp = randperm(9)-1; end population(i,:) = temp; end end ``` #### 3. 实现交叉操作 通过交换两个父代的部分基因片段形成新的子代个体。 ```matlab function offspring = crossover(parents) point = randi([2, length(parents)/2]); offspring = parents; offspring(:,point:end) = fliplr(offspring(:,point:end)); end ``` #### 4. 进行变异操作 以一定概率改变某些位上的数值,引入多样性。 ```matlab function mutatedIndividual = mutate(individual, mutationRate) nGenes = numel(individual); mask = rand(size(individual)) < mutationRate; swapIndices = find(mask & individual ~= 0); numSwaps = min(length(swapIndices), floor(nGenes * mutationRate)); if numSwaps > 0 indicesToSwap = datasample(swapIndices, numSwaps); shuffledValues = individual(indicesToSwap(randperm(numSwaps))); individual(indicesToSwap) = shuffledValues; end mutatedIndividual = individual; end ``` #### 5. 主循环逻辑 迭代执行选择、交叉、变异等过程直到找到最优解或达到最大迭代次数为止。 ```matlab maxGenerations = 1e3; mutationRate = 0.01; populationSize = 100; % Initialize the first generation of solutions. currentGeneration = initializePopulation(populationSize); for gen = 1:maxGenerations % Evaluate all individuals' fitness values. scores = arrayfun(@calculateFitness, currentGeneration)'; % Select top performers as parents based on their fitness score. [~, sortedIdx] = sort(scores); eliteCount = round(eliteRatio*length(sortedIdx)); elites = currentGeneration(sortedIdx(1:eliteCount), :); nextGeneration = []; while size(nextGeneration, 1) < populationSize - eliteCount parentPair = randsample(currentGeneration, 2, false); child = crossover(parentPair'); % Apply mutations to introduce variation into children. childMutated = mutate(child', mutationRate); nextGeneration(end+1, :) = childMutated'; end % Combine elites with newly generated offsprings. currentGeneration = [elites; nextGeneration]; bestScoreThisGen = min(scores); fprintf('Generation #%d Best Fitness Score=%.2f\n', gen, bestScoreThisGen); if bestScoreThisGen == 0 break; end end ```
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