对文档内代码增添迭代过程可视化

时间: 2024-12-23 07:17:09 浏览: 3
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基于Python的VRED渲染自动化开发.zip

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为了在遗传算法的迭代过程中实现可视化,可以使用 `matplotlib` 库来绘制每个代的最佳路径长度变化图。以下是修改后的代码: ```python import numpy as np import random import matplotlib.pyplot as plt # 距离矩阵,数据根据图片中的表格填写 distance_matrix = np.array([ [0, 11, 10, 15, 11, 9, 8, 7, 14, 11, 5, 10, 11, 16], [11, 0, 19, 10, 11, 8, 7, 20, 14, 10, 5, 10, 16, 15], [10, 19, 0, 5, 15, 14, 15, 7, 18, 6, 14, 17, 16, 13], [15, 10, 5, 0, 20, 19, 14, 11, 19, 17, 6, 13, 18, 9], [11, 11, 15, 20, 0, 5, 15, 8, 19, 14, 15, 16, 18, 19], [9, 8, 14, 19, 5, 0, 10, 6, 16, 14, 8, 11, 14, 18], [8, 7, 15, 14, 15, 10, 0, 5, 10, 15, 6, 5, 7, 9], [7, 20, 7, 11, 8, 6, 5, 0, 9, 6, 8, 5, 3, 18], [14, 14, 18, 19, 19, 16, 10, 9, 0, 17, 19, 17, 18, 7], [11, 10, 6, 17, 14, 14, 15, 6, 17, 0, 6, 16, 15, 12], [5, 5, 14, 6, 15, 8, 6, 8, 19, 6, 0, 10, 16, 19], [10, 10, 17, 13, 16, 11, 5, 5, 17, 16, 10, 0, 14, 19], [11, 16, 16, 18, 18, 14, 7, 3, 18, 15, 16, 14, 0, 19], [16, 15, 13, 9, 19, 18, 9, 18, 7, 12, 19, 19, 19, 0] ]) # 每个客户的需求重量(单位:公斤) demand = np.array([564, 509, 503, 350, 297, 355, 595, 446, 292, 343, 443, 233, 227]) # 车辆载重量限制(2吨 = 2000公斤) vehicle_capacity = 2000 # 种群大小和最大代数 POP_SIZE = 100 MAX_GENERATIONS = 500 # 初始化种群,生成满足容量约束的个体 def initialize_population(pop_size, num_customers): population = [] for _ in range(pop_size): individual = [] remaining_customers = list(range(1, num_customers + 1)) # 客户编号1~13 while remaining_customers: vehicle_route = [0] # 从配送中心出发 (假设0是配送中心) load = 0 to_remove = [] for customer in remaining_customers: if load + demand[customer - 1] <= vehicle_capacity: vehicle_route.append(customer) load += demand[customer - 1] to_remove.append(customer) for customer in to_remove: remaining_customers.remove(customer) vehicle_route.append(0) # 返回配送中心 individual.append(vehicle_route) population.append(individual) return population # 计算每条路径的总距离,包括返回到配送中心的距离 def calculate_total_distance(individual, distance_matrix): total_distance = 0 for route in individual: for i in range(len(route) - 1): total_distance += distance_matrix[route[i]][route[i+1]] return total_distance # 适应度函数,考虑容量约束,超载时给予惩罚 def fitness(individual, distance_matrix): total_distance = calculate_total_distance(individual, distance_matrix) for route in individual: load = sum([demand[customer-1] for customer in route if customer != 0]) if load > vehicle_capacity: total_distance *= 1.5 # 超载惩罚 return 1 / total_distance # 选择操作,轮盘赌选择 def selection(population, fitnesses): selected = random.choices(population, weights=fitnesses, k=len(population)) return selected # 部分交叉操作(PMX) def crossover(parent1, parent2): # 简单的单点交叉操作,生成两个子代 size = min(len(parent1), len(parent2)) cx_point = random.randint(1, size - 1) child1 = parent1[:cx_point] + parent2[cx_point:] child2 = parent2[:cx_point] + parent1[cx_point:] return child1, child2 # 变异操作,交换两个客户的位置 def mutate(individual): for route in individual: if len(route) > 2: # 确保有客户在该路径上 i, j = random.sample(range(1, len(route) - 1), 2) # 不能动配送中心 route[i], route[j] = route[j], route[i] return individual # 遗传算法主程序 def genetic_algorithm(pop_size=POP_SIZE, num_customers=13, generations=MAX_GENERATIONS): population = initialize_population(pop_size, num_customers) best_distances = [] for generation in range(generations): # 计算适应度 fitnesses = [fitness(individual, distance_matrix) for individual in population] # 选择操作 selected_population = selection(population, fitnesses) # 交叉操作 next_generation = [] for i in range(0, len(selected_population), 2): parent1 = selected_population[i] parent2 = selected_population[i + 1] if i + 1 < len(selected_population) else selected_population[0] child1, child2 = crossover(parent1, parent2) next_generation.append(child1) next_generation.append(child2) # 变异操作 population = [mutate(individual) for individual in next_generation] # 记录当前代最佳路径长度 best_individual = min(population, key=lambda ind: calculate_total_distance(ind, distance_matrix)) best_distance = calculate_total_distance(best_individual, distance_matrix) best_distances.append(best_distance) # 绘制迭代过程中的最佳路径长度变化图 plt.plot(best_distances) plt.xlabel('Generation') plt.ylabel('Best Distance') plt.title('Genetic Algorithm Convergence') plt.show() return best_individual, best_distance # 运行遗传算法,找到最优配送路径 best_solution, best_distance = genetic_algorithm() print("最优配送路径:", best_solution) print("最短总距离:", best_distance) ``` ### 主要改动点: 1. **引入 `matplotlib.pyplot`**:用于绘图。 2. **记录每一代的最佳路径长度**:在每次迭代中将当前代的最佳路径长度添加到 `best_distances` 列表中。 3. **绘制图表**:在遗传算法结束时,使用 `plt.plot` 绘制每一代的最佳路径长度变化图,并显示图表。 这样,你可以直观地看到遗传算法在优化过程中如何逐渐收敛到最优解。
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