蚁群算法用python代码实现蚂蚁移动的动画过程,给出代码

时间: 2024-02-28 11:57:09 浏览: 16
以下是使用 Python 实现蚁群算法的蚂蚁移动动画过程的示例代码: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import matplotlib.animation as animation # 定义蚂蚁的数量、城市数量和迭代次数 num_ants = 10 num_cities = 20 num_iterations = 100 # 定义城市的坐标 cities = np.random.rand(num_cities, 2) # 计算城市之间的距离 distances = np.zeros((num_cities, num_cities)) for i in range(num_cities): for j in range(num_cities): distances[i, j] = np.sqrt((cities[i, 0] - cities[j, 0]) ** 2 + (cities[i, 1] - cities[j, 1]) ** 2) # 初始化信息素矩阵 pheromones = np.ones((num_cities, num_cities)) # 定义蚂蚁类 class Ant: def __init__(self, start_city): self.current_city = start_city self.visited_cities = [start_city] self.path_length = 0 def choose_next_city(self): # 计算当前城市与其他未访问城市之间的信息素和距离的乘积 unvisited_cities = [city for city in range(num_cities) if city not in self.visited_cities] product = np.zeros(len(unvisited_cities)) for i, city in enumerate(unvisited_cities): product[i] = pheromones[self.current_city, city] ** 0.5 * (1 / distances[self.current_city, city]) # 根据概率选择下一个城市 probabilities = product / np.sum(product) next_city = np.random.choice(unvisited_cities, p=probabilities) # 更新路径长度和已访问城市列表 self.path_length += distances[self.current_city, next_city] self.current_city = next_city self.visited_cities.append(next_city) # 定义蚂蚁群类 class AntColony: def __init__(self): self.ants = [Ant(start_city=np.random.randint(num_cities)) for i in range(num_ants)] def update_pheromones(self): # 计算每只蚂蚁留下的信息素 delta_pheromones = np.zeros((num_cities, num_cities)) for ant in self.ants: for i in range(len(ant.visited_cities) - 1): current_city = ant.visited_cities[i] next_city = ant.visited_cities[i+1] delta_pheromones[current_city, next_city] += 1 / ant.path_length # 更新信息素矩阵 pheromones *= 0.5 pheromones += delta_pheromones def run(self): # 迭代指定次数 for i in range(num_iterations): # 每只蚂蚁移动一步 for ant in self.ants: ant.choose_next_city() # 更新信息素 self.update_pheromones() # 重置所有蚂蚁的状态 for ant in self.ants: ant.current_city = np.random.randint(num_cities) ant.visited_cities = [ant.current_city] ant.path_length = 0 def get_best_path(self): # 找到最短路径 best_ant = self.ants[0] for ant in self.ants: if ant.path_length < best_ant.path_length: best_ant = ant return best_ant.visited_cities, best_ant.path_length # 定义动画函数 def animate(i): ax.clear() ax.set_xlim(0, 1) ax.set_ylim(0, 1) ax.set_title('Iteration {}'.format(i)) # 运行蚂蚁群算法 colony = AntColony() colony.run() # 绘制城市 for j in range(num_cities): ax.plot(cities[j, 0], cities[j, 1], 'bo') # 绘制路径 path, path_length = colony.get_best_path() for j in range(len(path) - 1): ax.plot([cities[path[j], 0], cities[path[j+1], 0]], [cities[path[j], 1], cities[path[j+1], 1]], 'r-') # 显示路径长度 ax.text(0.1, 0.9, 'Path length: {:.2f}'.format(path_length), transform=ax.transAxes) # 创建动画 fig, ax = plt.subplots() ani = animation.FuncAnimation(fig, animate, frames=num_iterations, interval=500) plt.show() ``` 在运行该代码时,会生成一个动画,展示蚂蚁在城市之间移动的过程,并在每次迭代后绘制最佳路径。在动画的右上角,会显示当前迭代次数和最佳路径的长度。

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