遗传算法解决排课问题详细代码

时间: 2023-07-28 20:10:38 浏览: 58
以下是一个较为详细的遗传算法解决排课问题的PYTHON代码示例,包含了遗传算法的核心逻辑和排课问题的相关约束条件。 ```python import random # 定义排课问题的数据 time_slots = list(range(1, 11)) # 时间段 courses = list(range(1, 21)) # 课程 rooms = list(range(1, 6)) # 教室 course_data = [ (2, 3), (3, 4), (2, 2), (4, 4), (3, 3), (2, 2), (3, 3), (2, 2), (4, 4), (2, 2), (3, 3), (2, 2), (3, 3), (3, 3), (4, 4), (2, 2), (3, 3), (4, 4), (2, 2), (3, 3), ] # 定义遗传算法的参数 POPULATION_SIZE = 100 GENERATION_LIMIT = 100 CROSSOVER_RATE = 0.8 MUTATION_RATE = 0.1 ELITIST = True class Schedule: """代表一个课程表""" def __init__(self, gene=None): if gene is None: # 随机生成一个课程表 gene = [[[random.randint(0, 1) for _ in rooms] for _ in courses] for _ in time_slots] self.gene = gene def fitness(self): """计算适应度""" # 计算每个时间段每个教室所上的课程数 time_room_count = [[[0 for _ in rooms] for _ in courses] for _ in time_slots] for t in time_slots: for r in rooms: for c in courses: if self.gene[t-1][r-1][c-1] == 1: time_room_count[t-1][c-1][r-1] += 1 # 计算每个课程所需的时间 course_time = [course_data[c-1][0] for c in courses] # 计算每个课程所需的教室容量 course_capacity = [course_data[c-1][1] for c in courses] # 计算课程表的适应度 fitness = 0 for c in courses: # 每个课程必须在一个时间段内上课 if sum([time_room_count[t-1][c-1][r-1] for t in time_slots for r in rooms]) != 1: fitness -= 100 # 每个时间段每个教室只能有一个课程 if max([time_room_count[t-1][c-1][r-1] for c in courses for t in time_slots]) > 1: fitness -= 100 # 每个时间段每个教室的容量不能超过规定值 if max([time_room_count[t-1][c-1][r-1] * course_capacity[c-1] for c in courses for t in time_slots]) > 30: fitness -= 100 # 计算每个课程所需的时间 course_time_left = course_time[c-1] for t in time_slots: if sum([self.gene[t-1][r-1][c-1] for r in rooms]) == 1: course_time_left -= 1 if course_time_left == 0: break # 计算每个课程上课时间与所需时间的差距 fitness -= abs(course_time_left) * 10 return fitness def crossover(self, other): """交叉操作""" # 随机选择两个时间段 t1, t2 = random.sample(time_slots, 2) # 随机选择一个教室 r = random.choice(rooms) # 交换两个时间段中该教室的课程安排 gene1 = self.gene[:t1-1] + [self.gene[t1-1][:r-1] + other.gene[t1-1][r-1:r] + self.gene[t1-1][r:]] + self.gene[t1:] gene2 = other.gene[:t1-1] + [other.gene[t1-1][:r-1] + self.gene[t1-1][r-1:r] + other.gene[t1-1][r:]] + other.gene[t1:] return Schedule(gene1), Schedule(gene2) def mutate(self): """变异操作""" # 随机选择一个时间段、一个教室和一个课程,将其安排变为另一种状态 t = random.choice(time_slots) r = random.choice(rooms) c = random.choice(courses) self.gene[t-1][r-1][c-1] = 1 - self.gene[t-1][r-1][c-1] def selection(population): """选择操作""" # 选择适应度最高的几个个体 sorted_population = sorted(population, key=lambda x: x.fitness(), reverse=True) return sorted_population[:int(POPULATION_SIZE*0.3)] def genetic_algorithm(): """遗传算法""" # 初始化种群 population = [Schedule() for _ in range(POPULATION_SIZE)] for i in range(GENERATION_LIMIT): # 选择操作 selected_population = selection(population) # 交叉操作 offspring_population = [] for j in range(int(POPULATION_SIZE * CROSSOVER_RATE)): parent1, parent2 = random.sample(selected_population, 2) offspring1, offspring2 = parent1.crossover(parent2) offspring_population.extend([offspring1, offspring2]) # 变异操作 for j in range(int(POPULATION_SIZE * MUTATION_RATE)): selected = random.choice(selected_population) selected.mutate() offspring_population.append(selected) # 精英策略 if ELITIST: offspring_population.append(selected_population[0]) # 更新种群 population = offspring_population # 打印当前种群中适应度最高的个体 print("Generation:", i+1, "Best fitness:", max([p.fitness() for p in population])) return max(population, key=lambda x: x.fitness()) # 运行遗传算法求解排课问题 best_schedule = genetic_algorithm() # 打印最优的课程表 for t in time_slots: print(f"Time slot {t}:") for r in rooms: courses = [c for c in range(1, 21) if best_schedule.gene[t-1][r-1][c-1] == 1] if len(courses) > 0: print(f"Room {r}: {' '.join(str(c) for c in courses)}") ``` 在这个代码中,我们首先定义了排课问题所需的数据。然后定义了一个 `Schedule` 类,代表一个课程表,其中包含了课程表的遗传基因、计算适应度的方法、交叉和变异操作等。接着定义了遗传算法的核心逻辑,包括初始化种群、选择操作、交叉操作、变异操作和精英策略等。最后使用遗传算法求解排课问题,并打印出最优的课程表。 需要注意的是,这个代码中的约束条件只是一个简单的示例,实际情况下可能需要根据具体问题进行修改。同时,由于遗传算法的随机性,每次运行可能得到不同的结果。

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