在使用Java,通过遗传算法和mapreduce来计算城市路线的最短问题,固定起点和终点,用经纬度去计算距离,给出示例代码

时间: 2023-09-18 22:15:46 浏览: 28
这里提供一个简单的Java代码示例,用遗传算法和MapReduce计算城市路线的最短问题: 首先,我们需要定义一个City类,表示每个城市的坐标和名称: ```java public class City { private String name; private double latitude; private double longitude; public City(String name, double latitude, double longitude) { this.name = name; this.latitude = latitude; this.longitude = longitude; } public String getName() { return name; } public double getLatitude() { return latitude; } public double getLongitude() { return longitude; } } ``` 然后,我们定义一个CityMap类,用于存储所有城市和计算两个城市之间的距离: ```java import java.util.ArrayList; public class CityMap { private ArrayList<City> cities; public CityMap(ArrayList<City> cities) { this.cities = cities; } public double getDistance(City city1, City city2) { double lat1 = city1.getLatitude(); double lon1 = city1.getLongitude(); double lat2 = city2.getLatitude(); double lon2 = city2.getLongitude(); double theta = lon1 - lon2; double dist = Math.sin(Math.toRadians(lat1)) * Math.sin(Math.toRadians(lat2)) + Math.cos(Math.toRadians(lat1)) * Math.cos(Math.toRadians(lat2)) * Math.cos(Math.toRadians(theta)); dist = Math.acos(dist); dist = Math.toDegrees(dist); dist = dist * 60 * 1.1515 * 1.609344; return dist; } public ArrayList<City> getCities() { return cities; } } ``` 接下来,我们定义一个Chromosome类,表示一个个体(即一条路线),并实现遗传算法的相关方法: ```java import java.util.ArrayList; import java.util.Collections; public class Chromosome implements Comparable<Chromosome> { private ArrayList<Integer> genes; private double fitness; public Chromosome(ArrayList<Integer> genes) { this.genes = genes; this.fitness = -1; } public ArrayList<Integer> getGenes() { return genes; } public double getFitness() { return fitness; } public void setFitness(double fitness) { this.fitness = fitness; } public void mutate() { int index1 = (int) (Math.random() * genes.size()); int index2 = (int) (Math.random() * genes.size()); Collections.swap(genes, index1, index2); } public Chromosome crossover(Chromosome other) { int size = genes.size(); int start = (int) (Math.random() * size); int end = (int) (Math.random() * size); if (start > end) { int temp = start; start = end; end = temp; } ArrayList<Integer> child = new ArrayList<Integer>(); for (int i = start; i <= end; i++) { child.add(genes.get(i)); } for (int i = 0; i < size; i++) { int gene = other.getGenes().get(i); if (!child.contains(gene)) { child.add(gene); } } return new Chromosome(child); } @Override public int compareTo(Chromosome other) { if (fitness > other.getFitness()) { return 1; } else if (fitness < other.getFitness()) { return -1; } else { return 0; } } } ``` 最后,我们实现MapReduce任务,用于计算所有可能的路线中的最短路线: ```java import java.util.ArrayList; import java.util.Collections; import org.apache.hadoop.conf.Configuration; import org.apache.hadoop.fs.FileSystem; import org.apache.hadoop.fs.Path; import org.apache.hadoop.io.DoubleWritable; import org.apache.hadoop.io.IntWritable; import org.apache.hadoop.io.NullWritable; import org.apache.hadoop.io.Text; import org.apache.hadoop.mapreduce.Job; import org.apache.hadoop.mapreduce.Mapper; import org.apache.hadoop.mapreduce.Reducer; import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.input.FileInputFormat; import org.apache.hadoop.mapreduce.lib.output.FileOutputFormat; public class TSP { private static final int POPULATION_SIZE = 100; private static final int MAX_GENERATIONS = 1000; private static final double MUTATION_RATE = 0.01; private static final double ELITE_RATE = 0.1; public static class TSPMapper extends Mapper<Object, Text, NullWritable, Chromosome> { private CityMap cityMap; private int cityCount; @Override protected void setup(Context context) throws java.io.IOException, InterruptedException { Configuration conf = context.getConfiguration(); String citiesFile = conf.get("citiesFile"); ArrayList<City> cities = new ArrayList<City>(); FileSystem fs = FileSystem.get(conf); Path citiesPath = new Path(citiesFile); BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(fs.open(citiesPath))); String line = null; while ((line = reader.readLine()) != null) { String[] fields = line.split(","); String name = fields[0]; double latitude = Double.parseDouble(fields[1]); double longitude = Double.parseDouble(fields[2]); cities.add(new City(name, latitude, longitude)); } reader.close(); cityMap = new CityMap(cities); cityCount = cities.size(); } @Override public void map(Object key, Text value, Context context) throws java.io.IOException, InterruptedException { ArrayList<Chromosome> population = new ArrayList<Chromosome>(); for (int i = 0; i < POPULATION_SIZE; i++) { ArrayList<Integer> genes = new ArrayList<Integer>(); for (int j = 0; j < cityCount; j++) { genes.add(j); } Collections.shuffle(genes); population.add(new Chromosome(genes)); } for (int i = 0; i < MAX_GENERATIONS; i++) { for (Chromosome chromosome : population) { double distance = 0; ArrayList<Integer> genes = chromosome.getGenes(); for (int j = 0; j < cityCount - 1; j++) { City city1 = cityMap.getCities().get(genes.get(j)); City city2 = cityMap.getCities().get(genes.get(j + 1)); distance += cityMap.getDistance(city1, city2); } City city1 = cityMap.getCities().get(genes.get(cityCount - 1)); City city2 = cityMap.getCities().get(genes.get(0)); distance += cityMap.getDistance(city1, city2); chromosome.setFitness(1.0 / distance); } Collections.sort(population); ArrayList<Chromosome> newPopulation = new ArrayList<Chromosome>(); int eliteCount = (int) (ELITE_RATE * POPULATION_SIZE); for (int j = 0; j < eliteCount; j++) { newPopulation.add(population.get(j)); } for (int j = eliteCount; j < POPULATION_SIZE; j++) { Chromosome parent1 = selectParent(population); Chromosome parent2 = selectParent(population); Chromosome child = parent1.crossover(parent2); if (Math.random() < MUTATION_RATE) { child.mutate(); } newPopulation.add(child); } population = newPopulation; } Collections.sort(population); Chromosome best = population.get(0); context.write(NullWritable.get(), best); } private Chromosome selectParent(ArrayList<Chromosome> population) { int index1 = (int) (Math.random() * population.size()); int index2 = (int) (Math.random() * population.size()); if (population.get(index1).getFitness() > population.get(index2).getFitness()) { return population.get(index1); } else { return population.get(index2); } } } public static class TSPReducer extends Reducer<NullWritable, Chromosome, IntWritable, DoubleWritable> { @Override public void reduce(NullWritable key, Iterable<Chromosome> values, Context context) throws java.io.IOException, InterruptedException { Chromosome best = null; for (Chromosome chromosome : values) { if (best == null || chromosome.getFitness() > best.getFitness()) { best = chromosome; } } ArrayList<Integer> genes = best.getGenes(); int cityCount = genes.size(); double distance = 0; for (int i = 0; i < cityCount - 1; i++) { City city1 = bestMap.getCities().get(genes.get(i)); City city2 = bestMap.getCities().get(genes.get(i + 1)); distance += bestMap.getDistance(city1, city2); } City city1 = bestMap.getCities().get(genes.get(cityCount - 1)); City city2 = bestMap.getCities().get(genes.get(0)); distance += bestMap.getDistance(city1, city2); context.write(new IntWritable(cityCount), new DoubleWritable(distance)); } } public static void main(String[] args) throws Exception { Configuration conf = new Configuration(); conf.set("citiesFile", args[0]); Job job = Job.getInstance(conf, "TSP"); job.setJarByClass(TSP.class); job.setMapperClass(TSPMapper.class); job.setReducerClass(TSPReducer.class); job.setOutputKeyClass(IntWritable.class); job.setOutputValueClass(DoubleWritable.class); FileInputFormat.addInputPath(job, new Path(args[1])); FileOutputFormat.setOutputPath(job, new Path(args[2])); System.exit(job.waitForCompletion(true) ? 0 : 1); } } ``` 这个示例代码中使用了Hadoop的MapReduce框架来实现分布式计算。在运行程序之前,需要下载Hadoop并配置好环境。

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