编写用量子遗传算法解决小规模简单的TSP问题,给出可实现案例python代码

时间: 2024-02-12 19:07:05 浏览: 30
好的,以下是一个简单的用量子遗传算法解决TSP问题的Python代码示例: ```python import numpy as np import random # 定义TSP问题的城市坐标 cities = np.array([[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]]) # 定义量子遗传算法的参数 num_iterations = 1000 # 迭代次数 num_population = 50 # 种群大小 num_genes = len(cities) # 城市数量 mutation_rate = 0.05 # 变异率 crossover_rate = 0.8 # 交叉率 # 定义一个可逆的置换矩阵,用于进行基于量子位的遗传算法的交叉操作 swap_matrix = np.array([[1, 0, 0, 0], [0, 0, 1/np.sqrt(2), -1j/np.sqrt(2)], [0, 0, 1/np.sqrt(2), 1j/np.sqrt(2)], [0, 1, 0, 0]]) # 定义一个计算两个城市之间距离的函数 def distance(city1, city2): return np.sqrt((city1[0] - city2[0])**2 + (city1[1] - city2[1])**2) # 定义一个计算路径长度的函数 def path_length(path): length = 0 for i in range(len(path) - 1): length += distance(cities[path[i]], cities[path[i+1]]) length += distance(cities[path[-1]], cities[path[0]]) return length # 初始化种群 population = [] for i in range(num_population): path = list(range(num_genes)) random.shuffle(path) population.append(path) # 进行迭代 for iteration in range(num_iterations): # 计算种群中每个个体的适应度值 fitness_values = [] for path in population: fitness_values.append(1/path_length(path)) # 进行交叉操作 for i in range(num_population//2): # 随机选择两个个体 parent1 = random.randint(0, num_population-1) parent2 = random.randint(0, num_population-1) # 随机选择交叉点 crossover_point = random.randint(1, num_genes-1) # 将两个个体的染色体表示转换为量子态表示 quantum_state1 = np.zeros(2**num_genes) quantum_state2 = np.zeros(2**num_genes) for j in range(num_genes): quantum_state1[population[parent1][j]] += 1 quantum_state2[population[parent2][j]] += 1 quantum_state1 /= np.sqrt(num_genes) quantum_state2 /= np.sqrt(num_genes) # 进行基于量子位的交叉操作 quantum_state = np.kron(quantum_state1[:crossover_point], quantum_state2[crossover_point:]) quantum_state += np.kron(quantum_state2[:crossover_point], quantum_state1[crossover_point:]) quantum_state = np.dot(swap_matrix, quantum_state) quantum_state = np.dot(np.array([[1, 0, 0, 0], [0, 0, 1/np.sqrt(2), 1j/np.sqrt(2)], [0, 0, 1/np.sqrt(2), -1j/np.sqrt(2)], [0, 1, 0, 0]]), quantum_state) # 将量子态表示转换回染色体表示 path1 = np.argsort(-np.abs(quantum_state))[:num_genes] path2 = np.argsort(-np.abs(quantum_state))[:num_genes] # 将新生成的两个个体加入种群,并进行变异操作 population.append(list(path1)) population.append(list(path2)) for path in [path1, path2]: if random.random() < mutation_rate: # 执行变异操作 index1, index2 = random.sample(range(num_genes), 2) path[index1], path[index2] = path[index2], path[index1] # 对种群进行淘汰,只保留前num_population个适应度最高的个体 sorted_population = [x for _, x in sorted(zip(fitness_values, population), key=lambda pair: pair[0])] population = sorted_population[-num_population:] # 输出最优解 best_path = population[0] print("Optimal path:", best_path) print("Optimal path length:", path_length(best_path)) ``` 注意:这只是一个简单的示例代码,实际使用中可能需要进行更多的优化和调整。

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