用python写一个NSGA2的代码

时间: 2023-12-17 07:56:32 浏览: 35
以下一个简单的Python实现NSGA-II算法的代码,其中包含了一些基本的函数,例如计算适应度、交叉、变异和选择等。 ```python import random # 定义目标函数 def objective_function(x): return x[0]**2 + x[1]**2 # 定义种群数量 POPULATION_SIZE = 100 # 定义变量范围 LOWER_BOUND = [-5, -5] UPPER_BOUND = [5, 5] # 定义交叉概率 CROSSOVER_PROBABILITY = 0.9 # 定义变异概率 MUTATION_PROBABILITY = 0.1 # 定义最大迭代次数 MAX_GENERATIONS = 100 # 初始化种群 def initialize_population(): population = [] for i in range(POPULATION_SIZE): individual = [] for j in range(len(LOWER_BOUND)): individual.append(random.uniform(LOWER_BOUND[j], UPPER_BOUND[j])) population.append(individual) return population # 计算适应度 def calculate_fitness(population): fitness = [] for individual in population: fitness.append(objective_function(individual)) return fitness # 选择操作 def select(population, fitness): # 非支配排序 ranks = non_dominated_sort(population, fitness) # 计算拥挤度 crowding_distances = crowding_distance(population, ranks) # 选择 selected_population = [] for i in range(POPULATION_SIZE): # 随机选择两个个体 parent1 = random.choice(ranks) parent2 = random.choice(ranks) # 如果两个个体所在的等级相同,就比较它们的拥挤度 if parent1 == parent2: if crowding_distances[parent1] > crowding_distances[parent2]: selected_population.append(population[parent1]) else: selected_population.append(population[parent2]) # 如果两个个体所在的等级不同,就选择等级较低的 elif parent1 < parent2: selected_population.append(population[parent1]) else: selected_population.append(population[parent2]) return selected_population # 非支配排序 def non_dominated_sort(population, fitness): # 初始化 ranks = [] S = {} n = {} # 初始化每个个体的支配集合和被支配数量 for p in range(len(population)): S[p] = [] n[p] = 0 # 计算每个个体的支配关系 for q in range(len(population)): if fitness[p] < fitness[q]: S[p].append(q) elif fitness[p] > fitness[q]: n[p] += 1 # 如果p没有被任何个体支配,就是第一等级的个体 if n[p] == 0: ranks.append(p) # 初始化等级 i = 0 # 进行非支配排序 while ranks: i += 1 Q = [] for p in ranks: for q in S[p]: n[q] -= 1 if n[q] == 0: Q.append(q) ranks = Q return i-1 # 计算拥挤度 def crowding_distance(population, ranks): # 初始化拥挤度 crowding_distances = {} # 每个等级的个体数 num_ranks = len(set(ranks)) # 计算每个等级的拥挤度 for i in range(num_ranks): # 当前等级的个体 rank_i = [j for j in range(len(population)) if ranks[j] == i] # 当前等级的个体数 num_rank_i = len(rank_i) # 如果当前等级的个体数为0,就跳过 if num_rank_i == 0: continue # 计算每个目标函数的最大值和最小值 max_fitness = [max([population[j][k] for j in rank_i]) for k in range(len(population[0]))] min_fitness = [min([population[j][k] for j in rank_i]) for k in range(len(population[0]))] # 对每个个体按照每个目标函数进行排序 sorted_rank_i = sorted(rank_i, key=lambda x: [population[x][k] for k in range(len(population[0]))]) # 给第一个和最后一个个体的拥挤度赋值为无穷大 crowding_distances[sorted_rank_i[0]] = float('inf') crowding_distances[sorted_rank_i[-1]] = float('inf') # 计算每个个体的拥挤度 for j in range(1, num_rank_i-1): crowding_distances[sorted_rank_i[j]] = (population[sorted_rank_i[j+1]][i] - population[sorted_rank_i[j-1]][i]) / (max_fitness[i] - min_fitness[i]) return crowding_distances # 交叉操作 def crossover(parent1, parent2): # 随机选择交叉点 crossover_point = random.randint(1, len(parent1)-1) # 交叉 child1 = parent1[:crossover_point] + parent2[crossover_point:] child2 = parent2[:crossover_point] + parent1[crossover_point:] return child1, child2 # 变异操作 def mutation(individual): # 随机选择变异位置 mutation_point = random.randint(0, len(individual)-1) # 变异 individual[mutation_point] = random.uniform(LOWER_BOUND[mutation_point], UPPER_BOUND[mutation_point]) return individual # 主函数 def main(): # 初始化种群 population = initialize_population() # 进行迭代 for generation in range(MAX_GENERATIONS): print('Generation:', generation+1) # 计算适应度 fitness = calculate_fitness(population) # 选择操作 selected_population = select(population, fitness) # 交叉操作 offspring_population = [] for i in range(0, POPULATION_SIZE-1, 2): parent1 = selected_population[i] parent2 = selected_population[i+1] if random.random() < CROSSOVER_PROBABILITY: child1, child2 = crossover(parent1, parent2) else: child1, child2 = parent1, parent2 # 变异操作 if random.random() < MUTATION_PROBABILITY: child1 = mutation(child1) if random.random() < MUTATION_PROBABILITY: child2 = mutation(child2) offspring_population.append(child1) offspring_population.append(child2) # 更新种群 population = offspring_population if __name__ == '__main__': main() ``` 请注意,这只是一个简单的实现,可能不够高效或准确。如果您想要更好的NSGA-II实现,建议使用现有的Python库,例如DEAP或PyGMO。

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