Java实现TSP旅行商问题

时间: 2024-01-01 12:20:53 浏览: 26
蚁群算法是一种用于解决TSP问题的启发式算法,它模拟了蚂蚁在寻找食物时的行为,通过不断地迭代和信息素更新,最终找到一条较优的路径。以下是Java实现TSP旅行商问题的步骤: 1. 定义城市类City,包含城市的名称和坐标信息。 ```java public class City { private String name; private double x; private double y; //构造函数 public City(String name, double x, double y) { this.name = name; this.x = x; this.y = y; } //get方法 public String getName() { return name; } public double getX() { return x; } public double getY() { return y; } } ``` 2. 定义蚂蚁类Ant,包含蚂蚁的编号、当前所在城市、已访问城市列表、未访问城市列表、路径长度等信息。 ```java public class Ant { private int id; private City currentCity; private List<City> visitedCities; private List<City> unvisitedCities; private double pathLength; //构造函数 public Ant(int id, City startCity, List<City> cities) { this.id = id; this.currentCity = startCity; this.visitedCities = new ArrayList<>(); this.visitedCities.add(startCity); this.unvisitedCities = new ArrayList<>(cities); this.unvisitedCities.remove(startCity); this.pathLength = 0; } //get方法 public int getId() { return id; } public City getCurrentCity() { return currentCity; } public List<City> getVisitedCities() { return visitedCities; } public List<City> getUnvisitedCities() { return unvisitedCities; } public double getPathLength() { return pathLength; } //选择下一个城市 public City selectNextCity(double[][] pheromone, double alpha, double beta) { double[] probabilities = new double[unvisitedCities.size()]; double sum = 0; for (int i = 0; i < unvisitedCities.size(); i++) { City city = unvisitedCities.get(i); double pheromoneLevel = pheromone[currentCity.getName()][city.getName()]; double distance = getDistance(currentCity, city); probabilities[i] = Math.pow(pheromoneLevel, alpha) * Math.pow(1 / distance, beta); sum += probabilities[i]; } for (int i = 0; i < probabilities.length; i++) { probabilities[i] /= sum; } double random = Math.random(); double p = 0; for (int i = 0; i < probabilities.length; i++) { p += probabilities[i]; if (random < p) { City nextCity = unvisitedCities.get(i); visitedCities.add(nextCity); unvisitedCities.remove(nextCity); pathLength += getDistance(currentCity, nextCity); currentCity = nextCity; return nextCity; } } return null; } //计算两个城市之间的距离 private double getDistance(City city1, City city2) { double x1 = city1.getX(); double y1 = city1.getY(); double x2 = city2.getX(); double y2 = city2.getY(); return Math.sqrt(Math.pow(x1 - x2, 2) + Math.pow(y1 - y2, 2)); } } ``` 3. 定义蚁群类AntColony,包含城市列表、蚂蚁列表、信息素矩阵、信息素挥发率、信息素增强系数等信息。 ```java public class AntColony { private List<City> cities; private List<Ant> ants; private double[][] pheromone; private double evaporationRate; private double alpha; private double beta; private double Q; //构造函数 public AntColony(List<City> cities, int antCount, double evaporationRate, double alpha, double beta, double Q) { this.cities = cities; this.ants = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < antCount; i++) { Ant ant = new Ant(i, cities.get(0), cities); ants.add(ant); } this.pheromone = new double[cities.size()][cities.size()]; for (int i = 0; i < cities.size(); i++) { for (int j = 0; j < cities.size(); j++) { pheromone[i][j] = 1; } } this.evaporationRate = evaporationRate; this.alpha = alpha; this.beta = beta; this.Q = Q; } //运行蚁群算法 public List<City> run(int maxIterations) { List<City> bestTour = null; double bestLength = Double.MAX_VALUE; for (int i = 0; i < maxIterations; i++) { for (Ant ant : ants) { while (!ant.getUnvisitedCities().isEmpty()) { ant.selectNextCity(pheromone, alpha, beta); } ant.getPathLength() += getDistance(ant.getCurrentCity(), ant.getVisitedCities().get(0)); if (ant.getPathLength() < bestLength) { bestLength = ant.getPathLength(); bestTour = new ArrayList<>(ant.getVisitedCities()); } for (int j = 0; j < ant.getVisitedCities().size() - 1; j++) { int city1 = ant.getVisitedCities().get(j).getName(); int city2 = ant.getVisitedCities().get(j + 1).getName(); pheromone[city1][city2] = (1 - evaporationRate) * pheromone[city1][city2] + evaporationRate * Q / ant.getPathLength(); pheromone[city2][city1] = pheromone[city1][city2]; } ant.getVisitedCities().clear(); ant.getVisitedCities().add(cities.get(0)); ant.getUnvisitedCities().clear(); ant.getUnvisitedCities().addAll(cities); ant.getUnvisitedCities().remove(cities.get(0)); ant.setPathLength(0); } } return bestTour; } //计算两个城市之间的距离 private double getDistance(City city1, City city2) { double x1 = city1.getX(); double y1 = city1.getY(); double x2 = city2.getX(); double y2 = city2.getY(); return Math.sqrt(Math.pow(x1 - x2, 2) + Math.pow(y1 - y2, 2)); } } ``` 4. 在主函数中读取城市信息,创建AntColony对象并运行蚁群算法,输出最优路径和路径长度。 ```java public static void main(String[] args) { List<City> cities = new ArrayList<>(); try { BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader("cities.txt")); String line; while ((line = reader.readLine()) != null) { String[] parts = line.split(","); String name = parts[0]; double x = Double.parseDouble(parts[1]); double y = Double.parseDouble(parts[2]); City city = new City(name, x, y); cities.add(city); } reader.close(); } catch (IOException e) { e.printStackTrace(); } AntColony antColony = new AntColony(cities, 50, 0.5, 1, 5, 100); List<City> bestTour = antColony.run(1000); System.out.println("Best tour: " + bestTour); double bestLength = 0; for (int i = 0; i < bestTour.size() - 1; i++) { bestLength += antColony.getDistance(bestTour.get(i), bestTour.get(i + 1)); } System.out.println("Best length: " + bestLength); } ```

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