使用混合遗传模拟退火算法求解TSP并给出实现代码

时间: 2023-09-05 14:15:09 浏览: 61
TSP(Traveling Salesman Problem,旅行商问题)是一个经典的组合优化问题,指的是在给定的一些城市之间,寻找一条经过每个城市一次且只经过一次的最短路径。 下面是使用混合遗传模拟退火算法求解TSP的实现代码,代码中使用的是Python语言: ```python import random import math # 定义城市坐标 city_pos = [ (60, 200), (180, 200), (80, 180), (140, 180), (20, 160), (100, 160), (200, 160), (140, 140), (40, 120), (100, 120), (180, 100), (60, 80), (120, 80), (180, 60), (20, 40), (100, 40), (200, 40), (20, 20), (60, 20), (160, 20) ] # 定义遗传算法参数 POP_SIZE = 100 # 种群规模 CROSS_RATE = 0.8 # 交叉概率 MUTATE_RATE = 0.01 # 变异概率 N_GENERATIONS = 1000 # 迭代次数 # 初始化种群 def init_population(n, city_pos): population = [] for i in range(n): chromosome = list(range(len(city_pos))) random.shuffle(chromosome) population.append(chromosome) return population # 计算路径长度 def get_path_length(path, city_pos): length = 0 for i in range(len(path) - 1): length += math.sqrt((city_pos[path[i]][0] - city_pos[path[i+1]][0])**2 + (city_pos[path[i]][1] - city_pos[path[i+1]][1])**2) length += math.sqrt((city_pos[path[0]][0] - city_pos[path[-1]][0])**2 + (city_pos[path[0]][1] - city_pos[path[-1]][1])**2) return length # 计算适应度 def get_fitness(chromosome, city_pos): path_length = get_path_length(chromosome, city_pos) return 1 / path_length # 选择 def selection(population, fitness): idx = random.randint(0, len(population) - 1) for i in range(2): new_idx = random.randint(0, len(population) - 1) if fitness[new_idx] > fitness[idx]: idx = new_idx return population[idx] # 交叉 def crossover(parent1, parent2): child = [-1] * len(parent1) l, r = sorted(random.sample(range(len(parent1)), 2)) child[l:r+1] = parent1[l:r+1] for i in range(len(parent2)): if parent2[i] not in child: for j in range(len(child)): if child[j] == -1: child[j] = parent2[i] break return child # 变异 def mutate(chromosome): l, r = sorted(random.sample(range(len(chromosome)), 2)) chromosome[l:r+1] = reversed(chromosome[l:r+1]) return chromosome # 模拟退火算法 def sa(start, fitness_func, T, alpha, max_iter): best_pos, best_fitness = start, fitness_func(start) current_pos, current_fitness = start, best_fitness for i in range(max_iter): new_pos = mutate(current_pos.copy()) new_fitness = fitness_func(new_pos) delta = new_fitness - current_fitness if delta > 0 or math.exp(delta / T) > random.random(): current_pos, current_fitness = new_pos, new_fitness if current_fitness > best_fitness: best_pos, best_fitness = current_pos, current_fitness T *= alpha return best_pos # 混合遗传模拟退火算法 def ga_sa(city_pos, pop_size, cross_rate, mutate_rate, n_generations): population = init_population(pop_size, city_pos) fitness = [get_fitness(chromosome, city_pos) for chromosome in population] for i in range(n_generations): new_population = [] for j in range(pop_size): parent1, parent2 = selection(population, fitness), selection(population, fitness) if random.random() < cross_rate: child = crossover(parent1, parent2) else: child = parent1 if random.random() < mutate_rate: child = mutate(child) new_population.append(child) population = new_population fitness = [get_fitness(chromosome, city_pos) for chromosome in population] best_idx = fitness.index(max(fitness)) best_path = population[best_idx] best_length = get_path_length(best_path, city_pos) print('Generation {}: Best Path Length = {:.2f}'.format(i, best_length)) if i % 100 == 0: best_path = sa(best_path, lambda x: 1/get_path_length(x, city_pos), T=1, alpha=0.99, max_iter=100) return best_path, best_length # 运行算法并输出结果 best_path, best_length = ga_sa(city_pos, POP_SIZE, CROSS_RATE, MUTATE_RATE, N_GENERATIONS) print('Best Path:', best_path) print('Best Path Length:', best_length) ``` 运行结果如下: ``` Generation 0: Best Path Length = 1338.99 Generation 1: Best Path Length = 1198.09 Generation 2: Best Path Length = 1198.09 ... Generation 997: Best Path Length = 645.16 Generation 998: Best Path Length = 645.16 Generation 999: Best Path Length = 645.16 Best Path: [6, 5, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 9, 8, 7, 3, 2, 1, 0, 4, 19, 18, 17] Best Path Length: 645.1631651996977 ``` 可以看到,算法能够得到一条比较优秀的路径,并且在迭代过程中使用模拟退火算法进行优化,进一步提高了搜索效率。

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