编写一段Python代码实现NSGA2

时间: 2023-06-08 22:08:14 浏览: 129
好的,以下是一段实现NSGA2算法的Python代码: ```python import copy import random class NSGA2: def __init__(self, fitness_function, num_generations, population_size, crossover_prob, mutation_prob): self.fitness_function = fitness_function self.num_generations = num_generations self.population_size = population_size self.crossover_prob = crossover_prob self.mutation_prob = mutation_prob def run(self): population = self.initialize_population(self.population_size) for generation in range(self.num_generations): fronts = self.fast_non_dominated_sort(population) new_population = [] front_index = 0 while len(new_population) + len(fronts[front_index]) <= self.population_size: for individual in fronts[front_index]: new_population.append(individual) front_index += 1 if len(new_population) == self.population_size - 1: new_population.append(random.choice(fronts[front_index])) while len(new_population) < self.population_size: parent_1 = self.tournament_selection(population) parent_2 = self.tournament_selection(population) child_1, child_2 = self.crossover(parent_1, parent_2) if random.random() < self.mutation_prob: child_1 = self.mutate(child_1) if random.random() < self.mutation_prob: child_2 = self.mutate(child_2) new_population.append(child_1) if len(new_population) < self.population_size: new_population.append(child_2) population = new_population return population def initialize_population(self, population_size): population = [] for _ in range(population_size): individual = [] for _ in range(2): gene = random.uniform(0.0, 1.0) individual.append(gene) population.append(individual) return population def fast_non_dominated_sort(self, population): fronts = [[]] individual_rank = {} individual_dominated_set = {} for individual in population: individual_dominated_set[individual] = set() individual_rank[individual] = 0 for other_individual in population: if self.is_dominant(individual, other_individual): individual_dominated_set[individual].add(other_individual) elif self.is_dominant(other_individual, individual): individual_rank[individual] += 1 if individual_rank[individual] == 0: fronts[0].append(individual) current_front_index = 0 while len(fronts[current_front_index]) > 0: next_front = [] for individual in fronts[current_front_index]: for other_individual in individual_dominated_set[individual]: individual_rank[other_individual] -= 1 if individual_rank[other_individual] == 0: next_front.append(other_individual) current_front_index += 1 fronts.append(next_front) return fronts def is_dominant(self, individual_1, individual_2): fitness_1 = self.fitness_function(individual_1) fitness_2 = self.fitness_function(individual_2) is_better = False for i in range(len(fitness_1)): if fitness_1[i] > fitness_2[i]: return False elif fitness_1[i] < fitness_2[i]: is_better = True return is_better def tournament_selection(self, population): tournament_size = int(len(population) / 10) tournament = random.sample(population, tournament_size) best_individual = None best_fitness = None for individual in tournament: fitness = self.fitness_function(individual) if best_individual is None or fitness < best_fitness: best_individual = individual best_fitness = fitness return best_individual def crossover(self, parent_1, parent_2): child_1 = copy.deepcopy(parent_1) child_2 = copy.deepcopy(parent_2) if random.random() < self.crossover_prob: alpha = random.uniform(0.0, 1.0) child_1[0] = alpha * parent_1[0] + (1 - alpha) * parent_2[0] child_1[1] = alpha * parent_1[1] + (1 - alpha) * parent_2[1] child_2[0] = alpha * parent_2[0] + (1 - alpha) * parent_1[0] child_2[1] = alpha * parent_2[1] + (1 - alpha) * parent_1[1] return child_1, child_2 def mutate(self, individual): child = copy.deepcopy(individual) gene_index = random.randint(0, len(individual) - 1) child[gene_index] = random.uniform(0.0, 1.0) return child def fitness_function(individual): return [individual[0] ** 2, (individual[1] - 0.5) ** 2] nsga2 = NSGA2(fitness_function, 100, 100, 0.9, 0.1) population = nsga2.run() print(population) ``` 这段代码实现了一个简单的NSGA2算法。在NSGA2类中,fitness_function代表个体的适应度函数,num_generations代表遗传算法的迭代次数,population_size代表种群大小,crossover_prob代表交叉概率,mutation_prob代表变异概率。run函数是NSGA2算法的主函数,它首先初始化种群,然后迭代一定次数,每次进行快速非支配排序,然后根据支配关系生成子代种群,并进行交叉和变异,最后更新种群。initialize_population函数是种群的初始化函数,它实现了生成随机个体的过程。fast_non_dominated_sort函数是快速非支配排序的实现,用于将种群分成一系列前沿等级。is_dominant函数用于判断一个个体是否支配另一个个体。tournament_selection函数是锦标赛选择的实现,用于选择一个个体作为父代。crossover函数是交叉函数的实现,用于生成两个子代。mutate函数是变异函数的实现,用于对个体进行变异。fitness_function是简单的适应度函数,它返回个体两个维度的平方和作为适应度值。 以上就是一段实现NSGA2算法的Python代码。

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