多目标遗传算法 matlab代码

时间: 2023-09-16 14:13:31 浏览: 287
遗传算法是一种常用的优化算法,用于解决多目标优化问题。在Matlab中,可以使用多种方式实现多目标遗传算法。以下是一个简单的示例代码: ```matlab % 定义问题参数 nVar = 10; % 变量个数 nObj = 2; % 目标个数 VarSize = [1 nVar]; % 变量维度 % 定义遗传算法参数 MaxIt = 100; % 最大迭代次数 nPop = 50; % 种群大小 pc = 0.8; % 交叉概率 nc = 2*round(pc*nPop/2); % 交叉个体数 pm = 0.3; % 变异概率 nm = round(pm*nPop); % 变异个体数 % 初始化种群 empty_individual.Position = []; empty_individual.Cost = []; pop = repmat(empty_individual, nPop, 1); for i = 1:nPop pop(i).Position = unifrnd(-5, 5, VarSize); pop(i).Cost = YourCostFunction(pop(i).Position); % 计算个体适应度值 end % 进化循环 for it = 1:MaxIt % 生成子代种群 offspring = repmat(empty_individual, nPop, 1); for k = 1:2:nPop % 选择父代个体 p1 = TournamentSelection(pop); p2 = TournamentSelection(pop); % 交叉 [offspring(k).Position, offspring(k+1).Position] = ... crossover(p1.Position, p2.Position); % 变异 offspring(k).Position = mutate(offspring(k).Position); offspring(k+1).Position = mutate(offspring(k+1).Position); % 计算子代适应度值 offspring(k).Cost = YourCostFunction(offspring(k).Position); offspring(k+1).Cost = YourCostFunction(offspring(k+1).Position); end % 合并父代和子代种群 temp_pop = [pop; offspring]; % 非支配排序 fronts = NonDominatedSorting(temp_pop); % 计算拥挤度距离 temp_pop = CalcCrowdingDistance(temp_pop, fronts); % 选择下一代种群 pop = EnvironmentalSelection(temp_pop, nPop); end % 输出最优解 best_solution = pop(1); disp(['Best Objective 1: ' num2str(best_solution.Cost(1))]); disp(['Best Objective 2: ' num2str(best_solution.Cost(2))]); % 定义交叉操作函数 function [child1, child2] = crossover(parent1, parent2) alpha = rand(size(parent1)); child1 = alpha.*parent1 + (1-alpha).*parent2; child2 = alpha.*parent2 + (1-alpha).*parent1; end % 定义变异操作函数 function mutated = mutate(solution) sigma = 0.1*(max(solution)-min(solution)); % 变异幅度 mutated = solution + sigma.*randn(size(solution)); end % 定义计算适应度函数 function cost = YourCostFunction(solution) % 这里替换为你的目标函数计算方法,返回一个包含所有目标值的向量 % cost = [obj1, obj2, ..., objN] % 例如: % cost = [solution(1)^2, solution(2)^2]; end % 定义锦标赛选择操作函数 function winner = TournamentSelection(pop) k = 2; % 锦标赛规模 nPop = size(pop, 1); indices = randperm(nPop, k); tournament_pop = pop(indices); [~, idx] = min([tournament_pop.Cost]); % 选择适应度最小的个体 winner = tournament_pop(idx); end % 定义非支配排序函数 function fronts = NonDominatedSorting(pop) nPop = size(pop, 1); S = cell(nPop, 1); n = zeros(nPop, 1); rank = zeros(nPop, 1); for i = 1:nPop S{i} = []; n(i) = 0; for j = 1:nPop if i == j continue; end if dominates(pop(i), pop(j)) S{i} = [S{i} j]; elseif dominates(pop(j), pop(i)) n(i) = n(i) + 1; end end if n(i) == 0 rank(i) = 1; end end iFront = 1; fronts = {}; while true if isempty(find(rank == iFront, 1)) break; end front = find(rank == iFront); for i = front for j = S{i} n(j) = n(j) - 1; if n(j) == 0 rank(j) = iFront + 1; end end end fronts{iFront} = front; iFront = iFront + 1; end end % 定义支配关系判断函数 function result = dominates(solution1, solution2) cost1 = solution1.Cost; cost2 = solution2.Cost; result = all(cost1 <= cost2) && any(cost1 < cost2); end % 定义计算拥挤度距离函数 function pop = CalcCrowdingDistance(pop, fronts) nPop = size(pop, 1); nObj = numel(pop(1).Cost); for k = 1:numel(fronts) front = fronts{k}; nFront = numel(front); % 初始化拥挤度距离 for i = front pop(i).CrowdingDistance = 0; end % 计算每个目标的排序后数值 for j = 1:nObj [~, idx] = sort([pop(front).Cost], 'ascend'); pop(front(idx(1))).CrowdingDistance = inf; pop(front(idx(nFront))).CrowdingDistance = inf; for i = 2:nFront-1 pop(front(idx(i))).CrowdingDistance = ... pop(front(idx(i))).CrowdingDistance + ... (pop(front(idx(i+1))).Cost(j) - pop(front(idx(i-1))).Cost(j)) / ... (max([pop(front).Cost(j)]) - min([pop(front).Cost(j)])); end end end end % 定义环境选择操作函数 function pop = EnvironmentalSelection(pop, nPop) nObj = numel(pop(1).Cost); % 计算总的适应度值 F = [pop.CrowdingDistance]'; F(isinf(F)) = 0; total_fitness = sum(F); % 计算每个个体的选择概率 p = F / total_fitness; % 按照选择概率选择个体 pop = pop(RouletteWheelSelection(p, nPop)); end % 定义轮盘赌选择操作函数 function idx = RouletteWheelSelection(p, n) c = cumsum(p); r = rand(n, 1); [~, idx] = histc(r, [0; c]); end ``` 以上代码实现了一个简单的多目标遗传算法,你可以根据自己的具体问题进行相应的修改和扩展。
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