用c++写一个用差分进化算法拟合分段连续线性函数的示例

时间: 2024-05-03 13:18:41 浏览: 12
好的,以下是一个简单的用差分进化算法拟合分段连续线性函数的示例(仅供参考): ```c++ #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> #include <cmath> #include <random> using namespace std; // 定义函数类型为分段连续线性函数 typedef double (*piecewise_linear_function)(double, const vector<double>&); double piecewise_linear(double x, const vector<double>& params) { double result = 0.0; int n = params.size(); for (int i = 0; i < n; i += 3) { if (x <= params[i]) { result += params[i+1]; break; } else if (i+3 == n) { result += params[i+2]; break; } else { double slope = (params[i+2] - params[i+1]) / (params[i+3] - params[i]); result += slope * (x - params[i]) + params[i+1]; } } return result; } // 定义差分进化算法的参数结构体 struct DE_params { int pop_size; // 种群大小 int max_gen; // 最大迭代次数 double F; // 缩放因子 double CR; // 交叉概率 }; // 差分进化算法 vector<double> differential_evolution(piecewise_linear_function f, const vector<double>& x_lower, const vector<double>& x_upper, const DE_params& params) { int n = x_lower.size(); vector<vector<double>> population(params.pop_size, vector<double>(n)); vector<double> fitness(params.pop_size); vector<double> best_individual(n); double best_fitness = numeric_limits<double>::max(); mt19937 rng(random_device{}()); uniform_real_distribution<double> uni(0, 1); // 初始化种群 for (int i = 0; i < params.pop_size; ++i) { for (int j = 0; j < n; ++j) { population[i][j] = x_lower[j] + uni(rng) * (x_upper[j] - x_lower[j]); } fitness[i] = f(population[i][0], population[i]); if (fitness[i] < best_fitness) { best_individual = population[i]; best_fitness = fitness[i]; } } // 迭代优化 for (int gen = 0; gen < params.max_gen; ++gen) { for (int i = 0; i < params.pop_size; ++i) { // 选择三个不同的个体 int r1, r2, r3; do { r1 = uni(rng) * params.pop_size; } while (r1 == i); do { r2 = uni(rng) * params.pop_size; } while (r2 == i || r2 == r1); do { r3 = uni(rng) * params.pop_size; } while (r3 == i || r3 == r1 || r3 == r2); // 变异操作 vector<double> mutant(n); for (int j = 0; j < n; ++j) { mutant[j] = population[r1][j] + params.F * (population[r2][j] - population[r3][j]); mutant[j] = max(x_lower[j], min(x_upper[j], mutant[j])); // 判断是否越界 } // 交叉操作 vector<double> trial(n); int j_rand = uni(rng) * n; for (int j = 0; j < n; ++j) { if (uni(rng) < params.CR || j == j_rand) { trial[j] = mutant[j]; } else { trial[j] = population[i][j]; } } // 评估个体适应度 double trial_fitness = f(trial[0], trial); if (trial_fitness < fitness[i]) { population[i] = trial; fitness[i] = trial_fitness; if (trial_fitness < best_fitness) { best_individual = trial; best_fitness = trial_fitness; } } } } return best_individual; } int main() { // 示例使用的分段连续线性函数为 f(x) = 2x + 1 (x <= 0) 和 f(x) = -3x + 2 (x > 0) piecewise_linear_function f = [](double x, const vector<double>& params) -> double { if (x <= 0) { return params[0] * x + params[1]; } else { return params[2] * x + params[3]; } }; // 定义差分进化算法的参数 DE_params params; params.pop_size = 50; params.max_gen = 100; params.F = 0.5; params.CR = 0.9; // 定义变量的取值范围 vector<double> x_lower = {-1.0, -1.0, -1.0, -1.0}; vector<double> x_upper = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0}; // 用差分进化算法拟合分段连续线性函数 vector<double> best_params = differential_evolution(f, x_lower, x_upper, params); // 输出结果 cout << "f(x) = "; if (best_params[0] < 0) { cout << best_params[0] << "x"; } else { cout << "+" << best_params[0] << "x"; } if (best_params[1] < 0) { cout << best_params[1]; } else { cout << "+" << best_params[1]; } cout << " (x <= 0)" << endl; cout << "f(x) = "; if (best_params[2] < 0) { cout << best_params[2] << "x"; } else { cout << "+" << best_params[2] << "x"; } if (best_params[3] < 0) { cout << best_params[3]; } else { cout << "+" << best_params[3]; } cout << " (x > 0)" << endl; return 0; } ``` 这个示例程序中,我们定义了一个 piecewise_linear_function 类型,以便于传递分段连续线性函数;并且定义了一个差分进化算法的参数结构体 DE_params,用于传递算法参数。在 differential_evolution 函数中,我们使用了 vector<vector<double>> 类型来存储种群,vector<double> 类型来存储个体,其中个体的第一个元素表示分段点,其他元素表示线性函数的参数。在主函数中,我们使用了一个 lambda 表达式来定义分段连续线性函数,并且指定了变量的取值范围。最后,我们用 differential_evolution 函数拟合了这个分段连续线性函数,并输出了拟合结果。

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