要求使用python语言编写一个遗传算法,对一个4*8的二维矩阵进行优化,矩阵内的值均在-1.3到1.5之间,实值编码,同时对矩阵进行DCT编码,压缩成2*4的dtc矩阵,对该矩阵进行优化,在适应度评估时将该矩阵逆变换成4*8的矩阵,目标函数是每一列的和分别等于45.2,46.4,47.6,48.8,50,51.2,52.4,53.6。请给出实现上述步骤的代码

时间: 2023-12-06 07:45:45 浏览: 27
以下是实现上述步骤的Python代码: ```python import random import numpy as np from scipy.fftpack import dct, idct # 定义遗传算法的参数 POP_SIZE = 100 # 种群大小 GENE_LENGTH = 32 # 基因长度 GENERATIONS = 200 # 迭代次数 MUTATION_RATE = 0.01 # 变异率 CROSSOVER_RATE = 0.6 # 交叉率 # 定义矩阵的参数 ROWS = 4 COLS = 8 MIN_VALUE = -1.3 MAX_VALUE = 1.5 # 定义DCT矩阵的参数 DCT_ROWS = 2 DCT_COLS = 4 # 定义目标函数的参数 TARGET_SUMS = [45.2, 46.4, 47.6, 48.8, 50, 51.2, 52.4, 53.6] # 初始化种群 def init_population(pop_size, gene_length): population = [] for i in range(pop_size): genes = [] for j in range(gene_length): gene = random.uniform(MIN_VALUE, MAX_VALUE) genes.append(gene) population.append(genes) return population # 计算适应度 def calculate_fitness(population): fitness = [] for genes in population: # 将基因解码为矩阵 matrix = np.array(genes).reshape((ROWS, COLS)) # 对矩阵进行DCT编码 dct_matrix = dct(matrix, axis=0, norm='ortho') dct_matrix = dct(dct_matrix, axis=1, norm='ortho') # 计算逆变换后的矩阵 idct_matrix = idct(dct_matrix, axis=1, norm='ortho') idct_matrix = idct(idct_matrix, axis=0, norm='ortho') # 计算每列的和 sums = np.sum(idct_matrix, axis=0) # 计算适应度 fitness_value = 0 for i in range(len(TARGET_SUMS)): fitness_value += abs(sums[i] - TARGET_SUMS[i]) fitness.append(1 / (fitness_value + 1)) return fitness # 选择操作 def selection(population, fitness): fitness_sum = sum(fitness) probs = [f / fitness_sum for f in fitness] selected = [] for i in range(len(population)): r = random.uniform(0, 1) j = 0 p_sum = probs[j] while p_sum < r: j += 1 p_sum += probs[j] selected.append(population[j]) return selected # 交叉操作 def crossover(parent1, parent2): if random.uniform(0, 1) > CROSSOVER_RATE: return parent1, parent2 else: point = random.randint(1, GENE_LENGTH - 1) child1 = parent1[:point] + parent2[point:] child2 = parent2[:point] + parent1[point:] return child1, child2 # 变异操作 def mutation(genes): if random.uniform(0, 1) > MUTATION_RATE: return genes else: point = random.randint(0, GENE_LENGTH - 1) genes[point] = random.uniform(MIN_VALUE, MAX_VALUE) return genes # 遗传算法优化 def genetic_algorithm(): # 初始化种群 population = init_population(POP_SIZE, GENE_LENGTH) for i in range(GENERATIONS): # 计算适应度 fitness = calculate_fitness(population) # 打印最优解 index = np.argmax(fitness) print('Generation:', i+1, 'Best Fitness:', fitness[index], 'Best Solution:', population[index]) # 选择操作 selected = selection(population, fitness) # 交叉操作 offspring = [] for j in range(0, POP_SIZE, 2): child1, child2 = crossover(selected[j], selected[j+1]) offspring.append(mutation(child1)) offspring.append(mutation(child2)) # 替换操作 population = offspring if __name__ == '__main__': genetic_algorithm() ``` 在这个代码中,我们首先定义了遗传算法的参数,包括种群大小、基因长度、迭代次数、变异率和交叉率。然后定义了矩阵的参数,包括行数、列数和取值范围。接着定义了DCT矩阵的参数,包括行数和列数。最后定义了目标函数的参数,即每列的和应该等于多少。 接下来,我们实现了遗传算法的各个操作。首先是初始化种群的函数`init_population()`,它用于生成随机的基因序列。然后是计算适应度的函数`calculate_fitness()`,它将基因解码为矩阵,并对矩阵进行DCT编码和逆变换,最终计算每列的和与目标值之间的差距,作为适应度。 接着是选择操作的函数`selection()`,它根据每个个体的适应度计算出其被选中的概率,并从中随机选择一些个体作为下一代的父代。然后是交叉操作的函数`crossover()`,它随机选择一个交叉点,将两个父代的基因序列分别从交叉点处切开,然后将前半段拼接成一个新的基因序列。最后是变异操作的函数`mutation()`,它随机选择一个基因位,将其替换成一个随机的值。 最后,我们实现了遗传算法的主函数`genetic_algorithm()`,它依次执行初始化种群、计算适应度、选择、交叉、变异和替换操作,并打印出每一代的最优解。

相关推荐

最新推荐

recommend-type

Python二维数组实现求出3*3矩阵对角线元素的和示例

今天小编就为大家分享一篇Python二维数组实现求出3*3矩阵对角线元素的和示例,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
recommend-type

Python:二维列表下标互换方式(矩阵转置)

今天小编就为大家分享一篇Python:二维列表下标互换方式(矩阵转置),具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
recommend-type

Python numpy 提取矩阵的某一行或某一列的实例

下面小编就为大家分享一篇Python numpy 提取矩阵的某一行或某一列的实例,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
recommend-type

Python导入数值型Excel数据并生成矩阵操作

主要介绍了Python导入数值型Excel数据并生成矩阵操作,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
recommend-type

Python绘图之二维图与三维图详解

1.二维绘图 a. 一维数据集 用 Numpy ndarray 作为数据传入 ply 1. import numpy as np import matplotlib as mpl import matplotlib.pyplot as plt np.random.seed(1000) y = np.random.standard_normal(10) print ...
recommend-type

zigbee-cluster-library-specification

最新的zigbee-cluster-library-specification说明文档。
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

实现实时数据湖架构:Kafka与Hive集成

![实现实时数据湖架构:Kafka与Hive集成](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/10eb2e6972b3b6086286fc64c0b3ee41.jpeg) # 1. 实时数据湖架构概述** 实时数据湖是一种现代数据管理架构,它允许企业以低延迟的方式收集、存储和处理大量数据。与传统数据仓库不同,实时数据湖不依赖于预先定义的模式,而是采用灵活的架构,可以处理各种数据类型和格式。这种架构为企业提供了以下优势: - **实时洞察:**实时数据湖允许企业访问最新的数据,从而做出更明智的决策。 - **数据民主化:**实时数据湖使各种利益相关者都可
recommend-type

list根据id查询pid 然后依次获取到所有的子节点数据

可以使用递归的方式来实现根据id查询pid并获取所有子节点数据。具体实现可以参考以下代码: ``` def get_children_nodes(nodes, parent_id): children = [] for node in nodes: if node['pid'] == parent_id: node['children'] = get_children_nodes(nodes, node['id']) children.append(node) return children # 测试数
recommend-type

JSBSim Reference Manual

JSBSim参考手册,其中包含JSBSim简介,JSBSim配置文件xml的编写语法,编程手册以及一些应用实例等。其中有部分内容还没有写完,估计有生之年很难看到完整版了,但是内容还是很有参考价值的。