遗传算法优化公交调度代码

时间: 2023-11-09 17:06:15 浏览: 39
遗传算法是一种基于自然选择和遗传遗传机制的优化算法,可以用于公交调度问题的优化。下面是一个简单的基于遗传算法的公交调度代码: 1. 定义适应度函数:适应度函数是用来评价每个个体解的好坏程度的函数,对于公交调度问题,可以定义适应度函数为每个公交车的平均等待时间最小化。 2. 初始化种群:根据问题需求,随机生成一组初始解作为种群。 3. 选择操作:通过轮盘赌选择或其他选择方式从种群中选择父代个体。 4. 交叉操作:对于选中的父代个体,进行交叉操作,生成新的子代个体。 5. 变异操作:对于新生成的子代个体,进行一定概率的变异操作,生成最终的个体解。 6. 评价适应度:对于每个个体解,计算其适应度值。 7. 选择优秀个体:根据适应度值,选择最优秀的个体解,作为下一代种群的父代。 8. 终止条件:根据实际需求,设置终止条件(如达到最大迭代次数,或达到一定的适应度值等)。 完整的代码实现可以参考以下步骤: 1.定义适应度函数 ```python def fitness(solution): # 计算每个公交车的平均等待时间 # 返回平均等待时间的倒数作为适应度值,因为我们要最小化等待时间 return 1 / average_wait_time(solution) ``` 2.初始化种群 ```python def init_population(pop_size, num_buses, num_stops): population = [] for i in range(pop_size): solution = [] for j in range(num_buses): bus_schedule = random_schedule(num_stops) solution.append(bus_schedule) population.append(solution) return population ``` 3.选择操作 ```python def roulette_wheel_selection(population, fitnesses): total_fitness = sum(fitnesses) selection_probs = [fitness / total_fitness for fitness in fitnesses] selected_index = np.random.choice(len(population), p=selection_probs) return population[selected_index] ``` 4.交叉操作 ```python def crossover(parent1, parent2): point = np.random.randint(1, len(parent1) - 1) child1 = parent1[:point] + parent2[point:] child2 = parent2[:point] + parent1[point:] return child1, child2 ``` 5.变异操作 ```python def mutate(solution, mutation_prob): for i in range(len(solution)): if np.random.rand() < mutation_prob: solution[i] = random_schedule(len(solution[i])) return solution ``` 6.评价适应度 ```python def evaluate_population(population): return [fitness(solution) for solution in population] ``` 7.选择优秀个体 ```python def select_best(population, fitnesses): best_index = np.argmax(fitnesses) return population[best_index] ``` 8.终止条件 ```python def termination_condition(iteration, max_iterations, target_fitness=None): if iteration >= max_iterations: return True if target_fitness is not None and fitnesses[0] >= target_fitness: return True return False ``` 完整的遗传算法优化公交调度代码示例如下: ```python import numpy as np # 定义公交调度问题相关参数 NUM_BUSES = 5 NUM_STOPS = 10 MUTATION_PROB = 0.1 POP_SIZE = 50 MAX_ITERATIONS = 100 # 初始化公交车的时刻表 def random_schedule(num_stops): return np.random.permutation(num_stops) # 计算每个公交车的平均等待时间 def average_wait_time(solution): stops_per_bus = [set(schedule) for schedule in solution] wait_times = np.zeros(NUM_STOPS) for i in range(NUM_STOPS): buses_at_stop = [b for b, s in enumerate(stops_per_bus) if i in s] if len(buses_at_stop) > 0: wait_times[i] = np.sum([np.abs(j - i) for j in stops_per_bus[buses_at_stop]]) return np.mean(wait_times) # 定义适应度函数 def fitness(solution): return 1 / average_wait_time(solution) # 初始化种群 def init_population(pop_size, num_buses, num_stops): population = [] for i in range(pop_size): solution = [] for j in range(num_buses): bus_schedule = random_schedule(num_stops) solution.append(bus_schedule) population.append(solution) return population # 选择操作 def roulette_wheel_selection(population, fitnesses): total_fitness = sum(fitnesses) selection_probs = [fitness / total_fitness for fitness in fitnesses] selected_index = np.random.choice(len(population), p=selection_probs) return population[selected_index] # 交叉操作 def crossover(parent1, parent2): point = np.random.randint(1, len(parent1) - 1) child1 = parent1[:point] + parent2[point:] child2 = parent2[:point] + parent1[point:] return child1, child2 # 变异操作 def mutate(solution, mutation_prob): for i in range(len(solution)): if np.random.rand() < mutation_prob: solution[i] = random_schedule(len(solution[i])) return solution # 评价适应度 def evaluate_population(population): return [fitness(solution) for solution in population] # 选择优秀个体 def select_best(population, fitnesses): best_index = np.argmax(fitnesses) return population[best_index] # 终止条件 def termination_condition(iteration, max_iterations, target_fitness=None): if iteration >= max_iterations: return True if target_fitness is not None and fitnesses[0] >= target_fitness: return True return False # 遗传算法优化公交调度 def optimize_bus_schedule(): # 初始化种群 population = init_population(POP_SIZE, NUM_BUSES, NUM_STOPS) # 开始迭代优化 for i in range(MAX_ITERATIONS): # 评价适应度 fitnesses = evaluate_population(population) # 选择优秀个体 best_solution = select_best(population, fitnesses) # 输出当前迭代的最优解 print("Iteration {}: Best Fitness = {}".format(i, fitness(best_solution))) # 判断终止条件 if termination_condition(i, MAX_ITERATIONS): break # 新一代种群 new_population = [best_solution] while len(new_population) < POP_SIZE: # 选择父代个体 parent1 = roulette_wheel_selection(population, fitnesses) parent2 = roulette_wheel_selection(population, fitnesses) # 交叉操作 child1, child2 = crossover(parent1, parent2) # 变异操作 child1 = mutate(child1, MUTATION_PROB) child2 = mutate(child2, MUTATION_PROB) # 添加子代个体到新一代种群 new_population.append(child1) new_population.append(child2) # 更新种群 population = new_population # 返回最优解 return best_solution ```

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