在python中用遗传算法求解传教士和野人渡河问题并且整个问题解决过程图形化表示,并对所得图形进行分析

时间: 2024-02-06 09:10:57 浏览: 22
好的,我会尽力回答你的问题。首先,传教士和野人渡河问题是一个经典的游戏问题,目标是将三个传教士和三个野人带过河流,但是每次只能够载两个人,而且必须保证传教士的数量不少于野人的数量。遗传算法是一种优化算法,可以用来求解这类问题。 下面是Python中使用遗传算法求解传教士和野人渡河问题的代码: ```python import random import copy import matplotlib.pyplot as plt # 游戏状态类 class GameState: def __init__(self, missionaries_left, cannibals_left, boat, missionaries_right, cannibals_right): self.missionaries_left = missionaries_left self.cannibals_left = cannibals_left self.boat = boat self.missionaries_right = missionaries_right self.cannibals_right = cannibals_right def is_goal(self): return self.missionaries_left == 0 and self.cannibals_left == 0 def is_valid(self): if self.missionaries_left >= 0 and self.missionaries_right >= 0 \ and self.cannibals_left >= 0 and self.cannibals_right >= 0 \ and (self.missionaries_left == 0 or self.missionaries_left >= self.cannibals_left) \ and (self.missionaries_right == 0 or self.missionaries_right >= self.cannibals_right): return True else: return False def __eq__(self, other): return self.missionaries_left == other.missionaries_left and self.cannibals_left == other.cannibals_left \ and self.boat == other.boat and self.missionaries_right == other.missionaries_right \ and self.cannibals_right == other.cannibals_right def __hash__(self): return hash((self.missionaries_left, self.cannibals_left, self.boat, self.missionaries_right, self.cannibals_right)) # 遗传算法类 class GeneticAlgorithm: def __init__(self, population_size, mutation_rate, generations, elite_size): self.population_size = population_size self.mutation_rate = mutation_rate self.generations = generations self.elite_size = elite_size def init_population(self): population = [] for i in range(self.population_size): population.append(self.create_individual()) return population def create_individual(self): return [random.randint(0, 1) for _ in range(6)] def fitness(self, individual): game_state = self.decode_individual(individual) return self.evaluate_game_state(game_state) def decode_individual(self, individual): missionaries_left = sum(individual[:3]) cannibals_left = sum(individual[3:]) boat = individual[2] missionaries_right = 3 - missionaries_left cannibals_right = 3 - cannibals_left return GameState(missionaries_left, cannibals_left, boat, missionaries_right, cannibals_right) def evaluate_game_state(self, game_state): if not game_state.is_valid(): return 0 if not game_state.is_goal(): return 1 return 2 def select_parents(self, population): parents = [] for i in range(2): fitnesses = [self.fitness(individual) for individual in population] max_fitness_index = fitnesses.index(max(fitnesses)) parents.append(population[max_fitness_index]) population.pop(max_fitness_index) return parents def crossover(self, parent1, parent2): crossover_point = random.randint(1, len(parent1) - 2) child1 = parent1[:crossover_point] + parent2[crossover_point:] child2 = parent2[:crossover_point] + parent1[crossover_point:] return child1, child2 def mutate(self, individual): for i in range(len(individual)): if random.random() < self.mutation_rate: individual[i] = 1 - individual[i] return individual def evolve(self, population): elite_size = int(self.elite_size * self.population_size) elite = sorted(population, key=self.fitness, reverse=True)[:elite_size] offspring_size = self.population_size - elite_size offspring = [] for i in range(offspring_size): parent1, parent2 = self.select_parents(population) child1, child2 = self.crossover(parent1, parent2) offspring.append(self.mutate(child1)) offspring.append(self.mutate(child2)) return elite + offspring def run(self): population = self.init_population() fitness_history = [self.fitness(individual) for individual in population] for i in range(self.generations): population = self.evolve(population) fitness_history += [self.fitness(individual) for individual in population] return fitness_history # 绘制图形 def plot(fitness_history): plt.plot(list(range(len(fitness_history))), fitness_history) plt.xlabel('Generation') plt.ylabel('Fitness') plt.show() if __name__ == '__main__': ga = GeneticAlgorithm(population_size=100, mutation_rate=0.01, generations=100, elite_size=0.2) fitness_history = ga.run() plot(fitness_history) ``` 在上面的代码中,我们定义了`GameState`类来表示游戏状态,其中包含传教士和野人的数量以及船的位置。我们还定义了一个`GeneticAlgorithm`类来实现遗传算法。在遗传算法中,我们使用二进制编码来表示每个游戏状态,并使用`decode_individual`方法将二进制编码转换为`GameState`对象。为了评价游戏状态的适应度,我们使用`evaluate_game_state`方法来计算游戏状态的得分。在遗传算法中,我们使用选择、交叉和变异操作来生成新的个体,并使用精英选择策略来保留最适应的个体。最后,我们使用`plot`函数来绘制适应度历史曲线。 在运行上面的代码后,你将得到一个适应度历史曲线的图形。通过这个图形,你可以分析遗传算法在求解传教士和野人渡河问题中的表现。如果适应度历史曲线趋向于收敛,那么说明遗传算法能够找到一个接近最优解的解。如果适应度历史曲线不稳定或者趋向于收敛到一个较差的解,那么说明遗传算法有待改进。

相关推荐

最新推荐

recommend-type

解决python中用matplotlib画多幅图时出现图形部分重叠的问题

今天小编就为大家分享一篇解决python中用matplotlib画多幅图时出现图形部分重叠的问题,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
recommend-type

Python解决走迷宫问题算法示例

主要介绍了Python解决走迷宫问题算法,结合实例形式分析了Python基于二维数组的深度优先遍历算法解决走迷宫问题相关操作技巧,需要的朋友可以参考下
recommend-type

Python基于Floyd算法求解最短路径距离问题实例详解

主要介绍了Python基于Floyd算法求解最短路径距离问题,结合完整实例形式详细分析了Python使用Floyd算法求解最短路径距离问题的相关操作技巧与注意事项,需要的朋友可以参考下
recommend-type

Python自动生成代码 使用tkinter图形化操作并生成代码框架

主要为大家详细介绍了Python自动生成代码,使用tkinter图形化操作并生成代码框架,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
recommend-type

Python计算不规则图形面积算法实现解析

主要介绍了Python计算不规则图形面积算法实现解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下
recommend-type

zigbee-cluster-library-specification

最新的zigbee-cluster-library-specification说明文档。
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

实现实时数据湖架构:Kafka与Hive集成

![实现实时数据湖架构:Kafka与Hive集成](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/10eb2e6972b3b6086286fc64c0b3ee41.jpeg) # 1. 实时数据湖架构概述** 实时数据湖是一种现代数据管理架构,它允许企业以低延迟的方式收集、存储和处理大量数据。与传统数据仓库不同,实时数据湖不依赖于预先定义的模式,而是采用灵活的架构,可以处理各种数据类型和格式。这种架构为企业提供了以下优势: - **实时洞察:**实时数据湖允许企业访问最新的数据,从而做出更明智的决策。 - **数据民主化:**实时数据湖使各种利益相关者都可
recommend-type

2. 通过python绘制y=e-xsin(2πx)图像

可以使用matplotlib库来绘制这个函数的图像。以下是一段示例代码: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt def func(x): return np.exp(-x) * np.sin(2 * np.pi * x) x = np.linspace(0, 5, 500) y = func(x) plt.plot(x, y) plt.xlabel('x') plt.ylabel('y') plt.title('y = e^{-x} sin(2πx)') plt.show() ``` 运行这段
recommend-type

JSBSim Reference Manual

JSBSim参考手册,其中包含JSBSim简介,JSBSim配置文件xml的编写语法,编程手册以及一些应用实例等。其中有部分内容还没有写完,估计有生之年很难看到完整版了,但是内容还是很有参考价值的。