遗传算法最优路径c++

时间: 2023-11-24 18:48:13 浏览: 259
CAJ

基于遗传算法的路径优化

遗传算法是一种全局搜索算法,可以用于求解TSP问题的近似最优解。在C++中,可以通过编写遗传算法的代码来求解TSP问题的最优路径。具体实现步骤如下: 1. 定义城市坐标和距离矩阵。 2. 初始化种群,即生成随机的路径序列。 3. 计算每个路径的适应度值,即路径长度。 4. 选择优秀的个体进行交叉和变异操作,生成新的个体。 5. 计算新个体的适应度值。 6. 重复步骤4和5,直到达到停止条件。 7. 输出最优路径和路径长度。 以下是一个简单的C++遗传算法求解TSP问题的代码示例: ``` #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> #include <cmath> #include <ctime> using namespace std; const int CITY_NUM = 38; // 城市数量 const int POP_SIZE = 100; // 种群大小 const int MAX_GEN = 500; // 最大迭代次数 const double CROSS_RATE = 0.8; // 交叉概率 const double MUTATE_RATE = 0.1; // 变异概率 // 城市坐标 double city_x[CITY_NUM] = { ... }; double city_y[CITY_NUM] = { ... }; // 距离矩阵 double dist[CITY_NUM][CITY_NUM]; // 个体结构体 struct Individual { vector<int> path; // 路径 double fitness; // 适应度值 }; // 初始化距离矩阵 void initDist() { for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { for (int j = 0; j < CITY_NUM; j++) { dist[i][j] = sqrt(pow(city_x[i] - city_x[j], 2) + pow(city_y[i] - city_y[j], 2)); } } } // 计算路径长度 double calcPathLen(const vector<int>& path) { double len = 0; for (int i = 0; i < CITY_NUM - 1; i++) { len += dist[path[i]][path[i + 1]]; } len += dist[path[CITY_NUM - 1]][path[0]]; return len; } // 初始化种群 void initPop(vector<Individual>& pop) { for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { Individual ind; for (int j = 0; j < CITY_NUM; j++) { ind.path.push_back(j); } random_shuffle(ind.path.begin(), ind.path.end()); ind.fitness = calcPathLen(ind.path); pop.push_back(ind); } } // 选择操作 void select(vector<Individual>& pop, vector<Individual>& new_pop) { double sum_fitness = 0; for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { sum_fitness += pop[i].fitness; } for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { double r = (double)rand() / RAND_MAX * sum_fitness; double s = 0; for (int j = 0; j < POP_SIZE; j++) { s += pop[j].fitness; if (s >= r) { new_pop[i] = pop[j]; break; } } } } // 交叉操作 void crossover(vector<Individual>& pop, vector<Individual>& new_pop) { for (int i = 0; i < POP_SIZE; i += 2) { if ((double)rand() / RAND_MAX < CROSS_RATE) { int pos1 = rand() % CITY_NUM; int pos2 = rand() % CITY_NUM; if (pos1 > pos2) { swap(pos1, pos2); } vector<int> child1(CITY_NUM, -1); vector<int> child2(CITY_NUM, -1); for (int j = pos1; j <= pos2; j++) { child1[j] = pop[i + 1].path[j]; child2[j] = pop[i].path[j]; } int k1 = pos2 + 1, k2 = pos2 + 1; for (int j = 0; j < CITY_NUM; j++) { if (find(child1.begin(), child1.end(), pop[i].path[j]) == child1.end()) { child1[k1 % CITY_NUM] = pop[i].path[j]; k1++; } if (find(child2.begin(), child2.end(), pop[i + 1].path[j]) == child2.end()) { child2[k2 % CITY_NUM] = pop[i + 1].path[j]; k2++; } } new_pop[i].path = child1; new_pop[i].fitness = calcPathLen(child1); new_pop[i + 1].path = child2; new_pop[i + 1].fitness = calcPathLen(child2); } else { new_pop[i] = pop[i]; new_pop[i + 1] = pop[i + 1]; } } } // 变异操作 void mutate(vector<Individual>& pop, vector<Individual>& new_pop) { for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { if ((double)rand() / RAND_MAX < MUTATE_RATE) { int pos1 = rand() % CITY_NUM; int pos2 = rand() % CITY_NUM; swap(new_pop[i].path[pos1], new_pop[i].path[pos2]); new_pop[i].fitness = calcPathLen(new_pop[i].path); } } } // 遗传算法求解TSP问题 void solveTSP() { srand((unsigned)time(NULL)); initDist(); vector<Individual> pop(POP_SIZE); vector<Individual> new_pop(POP_SIZE); initPop(pop); int gen = 0; while (gen < MAX_GEN) { select(pop, new_pop); crossover(new_pop, new_pop); mutate(new_pop, new_pop); pop = new_pop; gen++; } sort(pop.begin(), pop.end(), [](const Individual& a, const Individual& b) { return a.fitness < b.fitness; }); cout << "最优路径长度:" << pop[0].fitness << endl; cout << "最优路径:"; for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { cout << pop[0].path[i] << " "; } cout << endl; } int main() { solveTSP(); return 0; } ```
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