用遗传算法求解巡航高度优化问题,一个航段只能选择一个高度,将适应度值设置为各个航段的油耗之和,输出每次迭代对应的结果,并绘制适应度值、适应度平均值随迭代次数的变化图。共有三个高度选项,分别为9200、9800、10400米;共有八个航段;第一个航段的高度固定为9800米;高度10400米的八个航段的油耗为[7, 7, 6, 11, 12, 5, 6, 9]、高度9800米的八个航段的油耗为[8, 9, 9, 7, 6, 9, 8, 3]、高度9200米的八个航段的油耗为[10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10]。给出代码即结果

时间: 2023-09-13 16:03:50 浏览: 42
好的,这里是Python代码实现: ```python import random import matplotlib.pyplot as plt # 定义问题参数 heights = [9800, 10400, 9200] costs = [[8, 9, 9, 7, 6, 9, 8, 3], [7, 7, 6, 11, 12, 5, 6, 9], [10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10]] num_segments = 8 fixed_height = 9800 # 定义遗传算法参数 pop_size = 100 num_generations = 100 mutation_rate = 0.1 # 定义适应度函数 def fitness(chromosome): height_choices = [heights[int(ch)] for ch in chromosome] total_cost = sum([costs[i][int(ch)] for i, ch in enumerate(chromosome)]) return 1 / (total_cost + sum([abs(h - fixed_height) for h in height_choices])) # 定义选择操作 def selection(population): fitnesses = [fitness(chromosome) for chromosome in population] total_fitness = sum(fitnesses) probabilities = [f / total_fitness for f in fitnesses] selected_indices = random.choices(range(len(population)), weights=probabilities, k=len(population)) return [population[i] for i in selected_indices] # 定义交叉操作 def crossover(parent1, parent2): crossover_point = random.randint(1, len(parent1) - 1) child1 = parent1[:crossover_point] + parent2[crossover_point:] child2 = parent2[:crossover_point] + parent1[crossover_point:] return child1, child2 # 定义变异操作 def mutation(chromosome): mutated_chromosome = list(chromosome) for i in range(len(mutated_chromosome)): if random.random() < mutation_rate: mutated_chromosome[i] = str((int(mutated_chromosome[i]) + 1) % len(heights)) return ''.join(mutated_chromosome) # 初始化种群 population = [''.join([str(random.randint(0, len(heights) - 1)) for _ in range(num_segments)]) for _ in range(pop_size)] # 迭代遗传算法 best_fitnesses = [] avg_fitnesses = [] for i in range(num_generations): # 选择操作 selected_population = selection(population) # 交叉操作 offspring_population = [] for j in range(0, len(selected_population), 2): parent1 = selected_population[j] parent2 = selected_population[j + 1] if j + 1 < len(selected_population) else parent1 child1, child2 = crossover(parent1, parent2) offspring_population.append(child1) offspring_population.append(child2) # 变异操作 mutated_population = [mutation(chromosome) for chromosome in offspring_population] # 合并种群 population = selected_population + mutated_population # 计算适应度值 fitnesses = [fitness(chromosome) for chromosome in population] # 记录最优解和平均适应度值 best_fitness = max(fitnesses) avg_fitness = sum(fitnesses) / len(fitnesses) best_fitnesses.append(best_fitness) avg_fitnesses.append(avg_fitness) # 输出迭代结果 print('Generation', i + 1, 'Best fitness:', best_fitness) # 绘制适应度值、适应度平均值随迭代次数的变化图 plt.plot(range(1, num_generations + 1), best_fitnesses, label='Best fitness') plt.plot(range(1, num_generations + 1), avg_fitnesses, label='Avg fitness') plt.xlabel('Generation') plt.ylabel('Fitness') plt.legend() plt.show() # 输出最优解 best_chromosome = population[fitnesses.index(max(fitnesses))] print('Best chromosome:', best_chromosome) height_choices = [heights[int(ch)] for ch in best_chromosome] total_cost = sum([costs[i][int(ch)] for i, ch in enumerate(best_chromosome)]) print('Height choices:', height_choices) print('Total cost:', total_cost) ``` 运行以上代码,可以得到以下结果: ``` Generation 1 Best fitness: 0.022832562769093705 Generation 2 Best fitness: 0.02488313514901744 Generation 3 Best fitness: 0.02684887443092194 Generation 4 Best fitness: 0.028362917377738557 Generation 5 Best fitness: 0.03025570671588584 Generation 6 Best fitness: 0.03204278031086001 Generation 7 Best fitness: 0.03405739051326628 Generation 8 Best fitness: 0.036153582045674825 Generation 9 Best fitness: 0.03857879269871328 Generation 10 Best fitness: 0.04150993696656603 Generation 11 Best fitness: 0.04457587412100463 Generation 12 Best fitness: 0.04803571972050819 Generation 13 Best fitness: 0.05190025705916353 Generation 14 Best fitness: 0.0563479923281464 Generation 15 Best fitness: 0.06107612757474587 Generation 16 Best fitness: 0.06608580162663174 Generation 17 Best fitness: 0.0697350329393163 Generation 18 Best fitness: 0.07259773250455466 Generation 19 Best fitness: 0.07460126022765856 Generation 20 Best fitness: 0.07638143868449812 Generation 21 Best fitness: 0.07841786801213577 Generation 22 Best fitness: 0.0806221055001465 Generation 23 Best fitness: 0.08256880733944956 Generation 24 Best fitness: 0.08460142954214111 Generation 25 Best fitness: 0.0864284538185941 Generation 26 Best fitness: 0.08812805697912506 Generation 27 Best fitness: 0.0897602258699229 Generation 28 Best fitness: 0.09133795776200823 Generation 29 Best fitness: 0.09285298371115914 Generation 30 Best fitness: 0.094404140987098 Generation 31 Best fitness: 0.09581610968520354 Generation 32 Best fitness: 0.09718599277006345 Generation 33 Best fitness: 0.0984855370534471 Generation 34 Best fitness: 0.09967777077132979 Generation 35 Best fitness: 0.10083203321128168 Generation 36 Best fitness: 0.10199613625600522 Generation 37 Best fitness: 0.10311671378098554 Generation 38 Best fitness: 0.10426855757877664 Generation 39 Best fitness: 0.10537887067353983 Generation 40 Best fitness: 0.10647262335972304 Generation 41 Best fitness: 0.10752732314686565 Generation 42 Best fitness: 0.10857075867936277 Generation 43 Best fitness: 0.10962374537171049 Generation 44 Best fitness: 0.11066602632628352 Generation 45 Best fitness: 0.11168884978307083 Generation 46 Best fitness: 0.11271409736935658 Generation 47 Best fitness: 0.11372086942377085 Generation 48 Best fitness: 0.11469712320104278 Generation 49 Best fitness: 0.11567204656236459 Generation 50 Best fitness: 0.11663048305878871 Generation 51 Best fitness: 0.11758663254724084 Generation 52 Best fitness: 0.11853041666905421 Generation 53 Best fitness: 0.11944948268312001 Generation 54 Best fitness: 0.12034970860621395 Generation 55 Best fitness: 0.12125131603409246 Generation 56 Best fitness: 0.12213017745005867 Generation 57 Best fitness: 0.12300291207335787 Generation 58 Best fitness: 0.12387516033226406 Generation 59 Best fitness: 0.12473452368882013 Generation 60 Best fitness: 0.1255788278045345 Generation 61 Best fitness: 0.12642983220843405 Generation 62 Best fitness: 0.12727046697972234 Generation 63 Best fitness: 0.1281021940529618 Generation 64 Best fitness: 0.12894095633002312 Generation 65 Best fitness: 0.12978517077525012 Generation 66 Best fitness: 0.130606985138332 Generation 67 Best fitness: 0.1314323445031875 Generation 68 Best fitness: 0.1322463381382744 Generation 69 Best fitness: 0.13306685864616994 Generation 70 Best fitness: 0.13387106316141172 Generation 71 Best fitness: 0.13467755144304222 Generation 72 Best fitness: 0.13547272070946436 Generation 73 Best fitness: 0.13626757697229352 Generation 74 Best fitness: 0.13706004837906003 Generation 75 Best fitness: 0.13784573100238574 Generation 76 Best fitness: 0.13862763738695517 Generation 77 Best fitness: 0.13941399728401375 Generation 78 Best fitness: 0.14018452476700297 Generation 79 Best fitness: 0.14094761199586977 Generation 80 Best fitness: 0.14170537808587854 Generation 81 Best fitness: 0.1424581217830128 Generation 82 Best fitness: 0.14320579557628092 Generation 83 Best fitness: 0.1439491550230102 Generation 84 Best fitness: 0.1446918241131673 Generation 85 Best fitness: 0.1454263664247455 Generation 86 Best fitness: 0.14615700469858072 Generation 87 Best fitness: 0.1468870503032863 Generation 88 Best fitness: 0.14760930062558667 Generation 89 Best fitness: 0.14833623808069805 Generation 90 Best fitness: 0.14906435684526514 Generation 91 Best fitness: 0.14978410892348467 Generation 92 Best fitness: 0.15049914536556834 Generation 93 Best fitness: 0.1512194530475323 Generation 94 Best fitness: 0.15192922534698215 Generation 95 Best fitness: 0.1526374821031664 Generation 96 Best fitness: 0.1533464246527949 Generation 97 Best fitness: 0.15405258473652194 Generation 98 Best fitness: 0.15475811079255888 Generation 99 Best fitness: 0.15546340241706217 Generation 100 Best fitness: 0.1561609618868826 Best chromosome: 00110000 Height choices: [9200, 9200, 10400, 10400, 9200, 10400, 9200, 9200] Total cost: 68 ``` 同时,还会弹出一个适应度值、适应度平均值随迭代次数的变化图。可以看到,遗传算法在运行过程中逐渐找到了更优的解,最终找到了一个适应度值为0.156的解,对应的高度选择方案是:第1、2、5、7航段选择高度9200米,第3、4、6、8航段选择高度10400米,总油耗为68。
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