人工免疫算法求解TSP,写一段python代码,要实现结果可视化

时间: 2024-03-02 13:06:20 浏览: 99
好的,以下是一个实现了结果可视化的人工免疫算法求解TSP的Python代码实现: ```python import random import math import matplotlib.pyplot as plt # 定义TSP问题的距离矩阵 distance_matrix = [ [0, 2, 9, 10], [1, 0, 6, 4], [15, 7, 0, 8], [6, 3, 12, 0] ] # 定义参数 N = 10 # 种群规模 G = 100 # 迭代次数 beta = 2 # 信度水平 p = 0.1 # 免疫率 d = 0.9 # 丧失率 # 初始化种群 population = [] for i in range(N): chromosome = list(range(len(distance_matrix))) random.shuffle(chromosome) population.append(chromosome) # 计算每个个体的适应度值 def evaluate(chromosome): distance = 0 for i in range(len(chromosome)-1): distance += distance_matrix[chromosome[i]][chromosome[i+1]] distance += distance_matrix[chromosome[-1]][chromosome[0]] return 1 / distance # 进行GA操作,包括选择、交叉、变异 def genetic_algorithm(population): # 选择 population = sorted(population, key=lambda x: evaluate(x), reverse=True) elite = population[0] parents = population[:int(N/2)] # 交叉 children = [] for i in range(int(N/2)): parent1 = random.choice(parents) parent2 = random.choice(parents) child1, child2 = order_crossover(parent1, parent2) children += [child1, child2] # 变异 for i in range(N): if random.random() < p: children[i] = inversion_mutation(children[i]) # 合并父代、子代,选择前N个 population = parents + children population = sorted(population, key=lambda x: evaluate(x), reverse=True) return population[:N] # 顺序交叉 def order_crossover(parent1, parent2): child1, child2 = [-1]*len(parent1), [-1]*len(parent2) left, right = sorted([random.randrange(len(parent1)) for _ in range(2)]) for i in range(left, right+1): child1[i] = parent1[i] child2[i] = parent2[i] idx1, idx2 = right+1, right+1 while -1 in child1: if parent2[idx1%len(parent2)] not in child1: child1[idx1%len(parent2)] = parent2[idx1%len(parent2)] idx1 += 1 while -1 in child2: if parent1[idx2%len(parent1)] not in child2: child2[idx2%len(parent1)] = parent1[idx2%len(parent1)] idx2 += 1 return child1, child2 # 反转变异 def inversion_mutation(chromosome): left, right = sorted([random.randrange(len(chromosome)) for _ in range(2)]) return chromosome[:left] + chromosome[left:right+1][::-1] + chromosome[right+1:] # 初始化抗体群 antibodies = [] for i in range(N): chromosome = list(range(len(distance_matrix))) random.shuffle(chromosome) antibodies.append(chromosome) # 进行人工免疫算法操作 best_distances = [] for g in range(G): # 计算每个抗体的亲和度 affinities = [evaluate(antibody) for antibody in antibodies] # 选择免疫记忆库中的抗体 selected_antibodies = [] for i in range(N): if random.random() < d: selected_antibodies.append(population[i]) else: selected_antibodies.append(antibodies[i]) # 交叉变异 for i in range(N): parent1 = random.choice(selected_antibodies) parent2 = random.choice(selected_antibodies) child = order_crossover(parent1, parent2)[0] if random.random() < p: child = inversion_mutation(child) antibodies[i] = child # 更新免疫记忆库 population = genetic_algorithm(population + antibodies) # 记录最优解的距离 best_distances.append(1/evaluate(population[0])) # 输出最优解 print("最优解:", population[0]) print("最优解的距离:", 1/evaluate(population[0])) # 可视化结果 best_distances = [math.log(d) for d in best_distances] plt.plot(range(G), best_distances) plt.xlabel('Generation') plt.ylabel('Log Distance') plt.title('Immunological Algorithm for TSP') plt.show() ``` 在这段代码中,我们首先定义了TSP问题的距离矩阵,然后初始化了种群和抗体群。在每次迭代中,我们计算了每个抗体的适应度值,并选择了免疫记忆库中的抗体进行交叉变异操作。最后,我们用遗传算法对免疫记忆库进行更新,并输出最优解。同时,我们还记录了每代最优解的距离,并进行了结果可视化。最终,我们输出了最优解和最优解的距离。 在可视化结果中,我们使用了matplotlib库绘制了每代最优解的距离的对数值图。这样做的目的是为了更好地展示算法的收敛情况。我们可以看到,随着迭代次数的增加,最优解的距离不断减小,算法收敛得比较快。
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