用蚁群算法求旅行商问题的最优解的python代码

时间: 2024-01-15 14:04:13 浏览: 28
以下是一个用蚁群算法求解旅行商问题的 Python 代码: ``` import numpy as np from scipy.spatial import distance_matrix # 蚂蚁类 class Ant: def __init__(self, num_cities): self.route = np.zeros(num_cities, dtype=np.int) # 记录路线 self.visited_cities = np.zeros(num_cities, dtype=bool) # 记录已访问城市 self.index = 0 # 当前所在城市的下标 # 移动蚂蚁到下一个城市 def move_to_next_city(self, tau, eta, alpha, beta): q0 = 0.9 probabilities = self.compute_probabilities(tau, eta, alpha, beta) if np.random.random() < q0: next_city = np.argmax(probabilities) else: next_city = np.random.choice(range(len(probabilities)), p=probabilities) self.route[self.index] = next_city self.visited_cities[next_city] = True self.index = next_city # 计算下一个城市的概率 def compute_probabilities(self, tau, eta, alpha, beta): pheromones = tau[self.index] ** alpha heuristic = (eta[self.index] ** beta) * (tau[self.index] ** alpha) probabilities = pheromones * heuristic probabilities[self.visited_cities] = 0 probabilities = probabilities / np.sum(probabilities) return probabilities # 蚁群算法求解旅行商问题 class AntColonyOptimization: def __init__(self, num_ants, num_iterations, decay, alpha, beta, q): self.num_ants = num_ants # 蚂蚁数量 self.num_iterations = num_iterations # 迭代次数 self.decay = decay # 信息素挥发因子 self.alpha = alpha # alpha参数 self.beta = beta # beta参数 self.q = q # 信息素增量常数 # 求解旅行商问题 def solve_tsp(self, distance_matrix): num_cities = distance_matrix.shape[0] tau = np.ones((num_cities, num_cities)) # 信息素矩阵 eta = 1 / distance_matrix # 启发值矩阵 best_route = None best_cost = float('inf') for i in range(self.num_iterations): ants = [Ant(num_cities) for _ in range(self.num_ants)] # 创建蚂蚁 for ant in ants: while not np.all(ant.visited_cities): ant.move_to_next_city(tau, eta, self.alpha, self.beta) # 蚂蚁走一步 distance = distance_matrix[ant.route[-1], ant.route[0]] # 回到起点 for j in range(num_cities - 1): distance += distance_matrix[ant.route[j], ant.route[j+1]] if distance < best_cost: # 更新最优解 best_route = ant.route best_cost = distance # 更新信息素 for j in range(num_cities - 1): tau[ant.route[j], ant.route[j+1]] = (1 - self.decay) * tau[ant.route[j], ant.route[j+1]] + self.q / distance tau[ant.route[-1], ant.route[0]] = (1 - self.decay) * tau[ant.route[-1], ant.route[0]] + self.q / distance ant.route = np.zeros(num_cities, dtype=np.int) ant.visited_cities = np.zeros(num_cities, dtype=bool) ant.index = 0 tau = (1 - self.decay) * tau # 信息素挥发 if i % 10 == 0: print("Iteration {:2d}, Best Cost {:.2f}".format(i, best_cost)) return best_route, best_cost # 测试 if __name__ == '__main__': # 构造测试数据 num_cities = 10 np.random.seed(0) cities = np.random.rand(num_cities, 2) distance_matrix = distance_matrix(cities, cities) # 求解旅行商问题 aco = AntColonyOptimization(num_ants=100, num_iterations=500, decay=0.5, alpha=1, beta=5, q=10) best_route, best_cost = aco.solve_tsp(distance_matrix) # 输出结果 print("Best Route: {}".format(best_route)) print("Best Cost: {:.2f}".format(best_cost)) ``` 以上是一个用蚁群算法求解旅行商问题的 Python 代码。

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