PSO算法、蚁群算法和遗传算法C++求解函数最值问题,程序怎么编写?

时间: 2024-02-09 07:11:45 浏览: 66
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遗传算法求函数最大值,C++实现

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PSO算法、蚁群算法和遗传算法都是优化算法,可以用于解决函数最值问题。下面是各个算法的C++代码示例: PSO算法: ```C++ #include <iostream> #include <vector> #include <random> #include <cmath> using namespace std; default_random_engine generator; uniform_real_distribution<double> distribution(0.0, 1.0); double f(vector<double> x) { // 计算适应度函数值 double sum = 0; for (int i = 0; i < x.size(); i++) { sum += pow(x[i], 2); } return sum; } vector<double> PSO(int nvars, vector<double> lb, vector<double> ub, int maxiter, int swarmsize, double c1, double c2, double w) { vector<vector<double>> x(swarmsize, vector<double>(nvars)); vector<vector<double>> v(swarmsize, vector<double>(nvars)); vector<vector<double>> pbest(swarmsize, vector<double>(nvars)); vector<double> pbestval(swarmsize); vector<double> gbest(nvars); double gbestval = INFINITY; // 初始化 for (int i = 0; i < swarmsize; i++) { for (int j = 0; j < nvars; j++) { x[i][j] = lb[j] + (ub[j] - lb[j]) * distribution(generator); v[i][j] = 0; } pbest[i] = x[i]; pbestval[i] = f(x[i]); if (pbestval[i] < gbestval) { gbestval = pbestval[i]; gbest = pbest[i]; } } // 迭代 for (int iter = 0; iter < maxiter; iter++) { for (int i = 0; i < swarmsize; i++) { for (int j = 0; j < nvars; j++) { // 更新速度 v[i][j] = w * v[i][j] + c1 * distribution(generator) * (pbest[i][j] - x[i][j]) + c2 * distribution(generator) * (gbest[j] - x[i][j]); // 更新位置 x[i][j] = x[i][j] + v[i][j]; // 边界处理 if (x[i][j] < lb[j]) { x[i][j] = lb[j]; } if (x[i][j] > ub[j]) { x[i][j] = ub[j]; } } // 更新个体最优值 double fx = f(x[i]); if (fx < pbestval[i]) { pbest[i] = x[i]; pbestval[i] = fx; // 更新群体最优值 if (pbestval[i] < gbestval) { gbestval = pbestval[i]; gbest = pbest[i]; } } } // 更新惯性权重 w = w * 0.99; } return gbest; } ``` 蚁群算法: ```C++ #include <iostream> #include <vector> #include <random> #include <cmath> using namespace std; default_random_engine generator; uniform_real_distribution<double> distribution(0.0, 1.0); double f(vector<int> x) { // 计算适应度函数值 double sum = 0; for (int i = 0; i < x.size(); i++) { sum += pow(x[i], 2); } return sum; } vector<int> AntColony(int nvars, vector<int> lb, vector<int> ub, int maxiter, int antsize, double alpha, double beta, double rho, double q0) { vector<vector<int>> x(antsize, vector<int>(nvars)); vector<double> fitness(antsize); vector<int> bestx(nvars); double bestfval = INFINITY; vector<vector<double>> pheromone(nvars, vector<double>(nvars, 1.0 / (nvars * nvars))); // 迭代 for (int iter = 0; iter < maxiter; iter++) { // 移动蚂蚁 for (int i = 0; i < antsize; i++) { x[i][0] = lb[0] + round(distribution(generator) * (ub[0] - lb[0])); for (int j = 1; j < nvars; j++) { vector<double> prob(nvars); vector<int> visited(nvars); visited[x[i][j - 1]] = 1; for (int k = 0; k < nvars; k++) { if (!visited[k]) { prob[k] = pow(pheromone[x[i][j - 1]][k], alpha) * pow(1.0 / abs(k - x[i][j - 1]), beta); } } double randval = distribution(generator); if (randval < q0) { double maxval = -INFINITY; int maxidx = -1; for (int k = 0; k < nvars; k++) { if (prob[k] > maxval) { maxval = prob[k]; maxidx = k; } } x[i][j] = maxidx; } else { double sumprob = 0; for (int k = 0; k < nvars; k++) { sumprob += prob[k]; } for (int k = 0; k < nvars; k++) { prob[k] /= sumprob; } double randval2 = distribution(generator); double cumprob = 0; for (int k = 0; k < nvars; k++) { cumprob += prob[k]; if (randval2 < cumprob) { x[i][j] = k; break; } } } } // 更新最优解 double fx = f(x[i]); if (fx < bestfval) { bestx = x[i]; bestfval = fx; } } // 更新信息素 vector<vector<double>> delta_pheromone(nvars, vector<double>(nvars)); for (int i = 0; i < antsize; i++) { for (int j = 0; j < nvars - 1; j++) { delta_pheromone[x[i][j]][x[i][j + 1]] += 1.0 / f(x[i]); } } for (int i = 0; i < nvars; i++) { for (int j = 0; j < nvars; j++) { pheromone[i][j] = (1 - rho) * pheromone[i][j] + delta_pheromone[i][j]; } } } return bestx; } ``` 遗传算法: ```C++ #include <iostream> #include <vector> #include <random> #include <cmath> using namespace std; default_random_engine generator; uniform_real_distribution<double> distribution(0.0, 1.0); double f(vector<double> x) { // 计算适应度函数值 double sum = 0; for (int i = 0; i < x.size(); i++) { sum += pow(x[i], 2); } return sum; } vector<double> GeneticAlgorithm(int nvars, vector<double> lb, vector<double> ub, int maxgenerations, int popsize, double mutationrate, double crossoverfraction) { vector<vector<double>> pop(popsize, vector<double>(nvars)); vector<double> fitness(popsize); vector<double> bestx(nvars); double bestfval = INFINITY; // 初始化 for (int i = 0; i < popsize; i++) { for (int j = 0; j < nvars; j++) { pop[i][j] = lb[j] + (ub[j] - lb[j]) * distribution(generator); } fitness[i] = f(pop[i]); if (fitness[i] < bestfval) { bestfval = fitness[i]; bestx = pop[i]; } } // 迭代 for (int gen = 0; gen < maxgenerations; gen++) { // 选择 vector<vector<double>> parents(popsize, vector<double>(nvars)); vector<double> parentsfitness(popsize); for (int i = 0; i < popsize; i++) { int idx1 = rand() % popsize; int idx2 = rand() % popsize; if (fitness[idx1] < fitness[idx2]) { parents[i] = pop[idx1]; parentsfitness[i] = fitness[idx1]; } else { parents[i] = pop[idx2]; parentsfitness[i] = fitness[idx2]; } } // 交叉 vector<vector<double>> children; for (int i = 0; i < popsize / 2; i++) { int idx1 = rand() % popsize; int idx2 = rand() % popsize; vector<double> parent1 = parents[idx1]; vector<double> parent2 = parents[idx2]; vector<double> child1(nvars); vector<double> child2(nvars); for (int j = 0; j
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