c遗传算法解决旅行商问题

时间: 2023-12-18 17:28:53 浏览: 42
遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法,可以用于解决旅行商问题。其基本思想是通过模拟生物进化过程,不断地从种群中筛选出适应度高的个体,并通过交叉、变异等操作产生新的个体,最终得到最优解。 以下是使用C语言实现遗传算法解决旅行商问题的基本步骤: 1. 初始化种群:随机生成一定数量的个体,每个个体表示一条路径,即旅行商要依次经过的城市序列。 2. 计算适应度:根据每个个体的路径长度计算其适应度,适应度越高表示路径越短。 3. 选择操作:根据适应度大小选择一定数量的个体作为下一代的父代。 4. 交叉操作:对父代进行交叉操作,生成新的个体。 5. 变异操作:对新的个体进行变异操作,引入新的基因。 6. 更新种群:将新的个体加入种群中,替换掉适应度较低的个体。 7. 判断终止条件:当达到预设的迭代次数或者找到最优解时,停止算法。 以下是一个简单的C语言程序,用遗传算法解决旅行商问题: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #define CITY_NUM 10 // 城市数量 #define POP_SIZE 100 // 种群大小 #define MAX_GEN 1000 // 最大迭代次数 #define CROSS_RATE 0.8 // 交叉概率 #define MUTATE_RATE 0.1 // 变异概率 // 城市坐标 int city[CITY_NUM][2] = { {1304, 2312}, {3639, 1315}, {4177, 2244}, {3712, 1399}, {3488, 1535}, {3326, 1556}, {3238, 1229}, {4196, 1004}, {4312, 790}, {4386, 570} }; // 个体结构体 typedef struct { int path[CITY_NUM]; // 路径 double fitness; // 适应度 } Individual; // 种群结构体 typedef struct { Individual pop[POP_SIZE]; // 个体数组 Individual best; // 最优个体 } Population; // 计算两个城市之间的距离 double distance(int city1[], int city2[]) { return sqrt(pow(city1[0] - city2[0], 2) + pow(city1[1] - city2[1], 2)); } // 计算个体的路径长度和适应度 void calc_fitness(Individual *ind) { double len = 0; for (int i = 0; i < CITY_NUM - 1; i++) { len += distance(city[ind->path[i]], city[ind->path[i+1]]); } len += distance(city[ind->path[CITY_NUM-1]], city[ind->path[0]]); ind->fitness = 1 / len; } // 初始化个体 void init_individual(Individual *ind) { for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { ind->path[i] = i; } for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { int j = rand() % CITY_NUM; int temp = ind->path[i]; ind->path[i] = ind->path[j]; ind->path[j] = temp; } calc_fitness(ind); } // 初始化种群 void init_population(Population *pop) { for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { init_individual(&pop->pop[i]); if (i == 0 || pop->pop[i].fitness > pop->best.fitness) { pop->best = pop->pop[i]; } } } // 选择操作 void selection(Population *pop, Individual *parent1, Individual *parent2) { int i, j; i = rand() % POP_SIZE; j = rand() % POP_SIZE; *parent1 = pop->pop[i].fitness > pop->pop[j].fitness ? pop->pop[i] : pop->pop[j]; i = rand() % POP_SIZE; j = rand() % POP_SIZE; *parent2 = pop->pop[i].fitness > pop->pop[j].fitness ? pop->pop[i] : pop->pop[j]; } // 交叉操作 void crossover(Individual *parent1, Individual *parent2, Individual *child1, Individual *child2) { int i, j, k; i = rand() % CITY_NUM; j = rand() % CITY_NUM; if (i > j) { k = i; i = j; j = k; } for (int m = 0; m < CITY_NUM; m++) { child1->path[m] = -1; child2->path[m] = -1; } for (int m = i; m <= j; m++) { child1->path[m] = parent1->path[m]; child2->path[m] = parent2->path[m]; } int c1 = j + 1; int c2 = j + 1; for (int m = j + 1; m < CITY_NUM + j + 1; m++) { int n = m % CITY_NUM; if (child1->path[n] == -1) { while (parent2->path[c1 % CITY_NUM] == child1->path[c1 % CITY_NUM]) { c1++; } child1->path[n] = parent2->path[c1 % CITY_NUM]; c1++; } if (child2->path[n] == -1) { while (parent1->path[c2 % CITY_NUM] == child2->path[c2 % CITY_NUM]) { c2++; } child2->path[n] = parent1->path[c2 % CITY_NUM]; c2++; } } calc_fitness(child1); calc_fitness(child2); } // 变异操作 void mutation(Individual *ind) { int i, j; i = rand() % CITY_NUM; j = rand() % CITY_NUM; int temp = ind->path[i]; ind->path[i] = ind->path[j]; ind->path[j] = temp; calc_fitness(ind); } // 更新种群 void update_population(Population *pop, Individual *child1, Individual *child2) { int worst = 0; for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { if (pop->pop[i].fitness < pop->pop[worst].fitness) { worst = i; } } if (child1->fitness > child2->fitness) { if (child1->fitness > pop->pop[worst].fitness) { pop->pop[worst] = *child1; } if (child1->fitness > pop->best.fitness) { pop->best = *child1; } } else { if (child2->fitness > pop->pop[worst].fitness) { pop->pop[worst] = *child2; } if (child2->fitness > pop->best.fitness) { pop->best = *child2; } } } // 遗传算法求解旅行商问题 void tsp_ga() { srand((unsigned)time(NULL)); Population pop; Individual parent1, parent2, child1, child2; init_population(&pop); for (int i = 0; i < MAX_GEN; i++) { for (int j = 0; j < POP_SIZE / 2; j++) { selection(&pop, &parent1, &parent2); if ((double)rand() / RAND_MAX < CROSS_RATE) { crossover(&parent1, &parent2, &child1, &child2); } else { child1 = parent1; child2 = parent2; } if ((double)rand() / RAND_MAX < MUTATE_RATE) { mutation(&child1); } if ((double)rand() / RAND_MAX < MUTATE_RATE) { mutation(&child2); } update_population(&pop, &child1, &child2); } printf("Generation %d: %lf\n", i+1, pop.best.fitness); } printf("Best path: "); for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { printf("%d ", pop.best.path[i]); } printf("\n"); } // 主函数 int main() { tsp_ga(); return 0; } ```

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