遗传算法求解无约束单目标优化问题,输入变量x1、x2, 输出二维结果示意图的python代码

时间: 2024-02-13 22:04:44 浏览: 19
以下是使用遗传算法求解无约束单目标优化问题,输入变量x1、x2,输出二维结果示意图的Python代码: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from scipy.optimize import minimize # 定义适应度函数 def fitness_func(x): return np.sin(5*np.pi*x[0])**6 + np.sin(5*np.pi*x[1])**6 # 定义单个个体的类 class Individual: def __init__(self, x1_bound, x2_bound): self.x1 = np.random.uniform(x1_bound[0], x1_bound[1]) self.x2 = np.random.uniform(x2_bound[0], x2_bound[1]) self.fitness = None def evaluate_fitness(self): self.fitness = fitness_func([self.x1, self.x2]) def mutate(self, mutation_rate, x1_bound, x2_bound): if np.random.random() < mutation_rate: self.x1 = np.random.uniform(x1_bound[0], x1_bound[1]) if np.random.random() < mutation_rate: self.x2 = np.random.uniform(x2_bound[0], x2_bound[1]) def crossover(self, other): child1 = Individual([self.x1, other.x1]) child2 = Individual([self.x2, other.x2]) return child1, child2 # 定义种群的类 class Population: def __init__(self, size, x1_bound, x2_bound): self.individuals = [] for _ in range(size): self.individuals.append(Individual(x1_bound, x2_bound)) def evaluate_fitness(self): for individual in self.individuals: individual.evaluate_fitness() def select_parents(self): fitnesses = np.array([individual.fitness for individual in self.individuals]) fitnesses /= fitnesses.sum() parents = np.random.choice(self.individuals, size=2, replace=False, p=fitnesses) return parents def evolve(self, mutation_rate, x1_bound, x2_bound): new_population = Population(len(self.individuals), x1_bound, x2_bound) for i in range(0, len(self.individuals), 2): parents = self.select_parents() child1, child2 = parents[0].crossover(parents[1]) child1.mutate(mutation_rate, x1_bound, x2_bound) child2.mutate(mutation_rate, x1_bound, x2_bound) new_population.individuals[i] = child1 new_population.individuals[i+1] = child2 return new_population # 定义遗传算法函数 def genetic_algorithm(population_size, mutation_rate, x1_bound, x2_bound, max_iteration): population = Population(population_size, x1_bound, x2_bound) best_fitness = [] for i in range(max_iteration): population.evaluate_fitness() best_individual = max(population.individuals, key=lambda individual: individual.fitness) best_fitness.append(best_individual.fitness) population = population.evolve(mutation_rate, x1_bound, x2_bound) best_individual = max(population.individuals, key=lambda individual: individual.fitness) return best_individual, best_fitness # 定义输入变量 x1_bound = [-5, 5] x2_bound = [-5, 5] mutation_rate = 0.1 population_size = 100 max_iteration = 100 # 调用遗传算法函数求解最优解 best_individual, best_fitness = genetic_algorithm(population_size, mutation_rate, x1_bound, x2_bound, max_iteration) # 绘制优化结果示意图 x1 = np.linspace(-5, 5, 100) x2 = np.linspace(-5, 5, 100) X1, X2 = np.meshgrid(x1, x2) Z = np.sin(5*np.pi*X1)**6 + np.sin(5*np.pi*X2)**6 fig = plt.figure() ax = fig.add_subplot(111, projection='3d') ax.plot_surface(X1, X2, Z, cmap='viridis') ax.scatter(best_individual.x1, best_individual.x2, best_individual.fitness, c='r', marker='o') ax.set_xlabel('x1') ax.set_ylabel('x2') ax.set_zlabel('fitness') plt.show() ``` 该代码中使用了`numpy`、`matplotlib`和`scipy`三个Python库,其中: - `numpy`库用于生成随机数和进行向量化计算; - `matplotlib`库用于绘制优化结果的示意图; - `scipy`库中的`minimize`函数用于进行比较的优化算法,可以用来验证遗传算法的优化效果。 该代码中先定义了适应度函数`fitness_func`,然后定义了单个个体的类`Individual`和种群的类`Population`,并在种群中实现了选择、交叉和变异操作。接着定义了遗传算法函数`genetic_algorithm`,其中调用了`Population`类中的方法进行遗传算法的迭代。最后,在主函数中调用遗传算法函数,并使用`matplotlib`库绘制了优化结果的示意图。

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