用java代码实现一个旅行商问题

时间: 2024-02-03 22:16:00 浏览: 23
旅行商问题(Traveling Salesman Problem,TSP)是一个经典的组合优化问题,其目标是在给定的一组城市和每对城市之间的距离,找到一条经过每个城市一次且回到起点的最短路径。该问题属于 NP 难问题,没有多项式时间算法可以解决。 下面是一个用Java代码实现TSP的例子,采用了遗传算法来求解: ```java import java.util.Arrays; import java.util.Random; public class TSP { // 城市数量 private static final int CITY_NUM = 20; // 迭代次数 private static final int MAX_ITERATION = 1000; // 种群大小 private static final int POPULATION_SIZE = 100; // 交叉概率 private static final double CROSSOVER_RATE = 0.9; // 变异概率 private static final double MUTATION_RATE = 0.1; // 交叉方式 private static final int CROSSOVER_TYPE = 1; // 种群 private int[][] population = new int[POPULATION_SIZE][CITY_NUM]; // 适应度 private double[] fitness = new double[POPULATION_SIZE]; // 距离矩阵 private double[][] distanceMatrix = new double[CITY_NUM][CITY_NUM]; // 初始化距离矩阵 private void initDistanceMatrix() { // 随机生成城市之间的距离 Random random = new Random(); for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { for (int j = i; j < CITY_NUM; j++) { double distance = random.nextDouble() * 100; distanceMatrix[i][j] = distance; distanceMatrix[j][i] = distance; } } } // 计算一条路径的总距离 private double calculateDistance(int[] path) { double distance = 0; for (int i = 0; i < CITY_NUM - 1; i++) { int city1 = path[i]; int city2 = path[i + 1]; distance += distanceMatrix[city1][city2]; } distance += distanceMatrix[path[CITY_NUM - 1]][path[0]]; return distance; } // 计算适应度 private void calculateFitness() { double totalDistance = 0; for (int i = 0; i < POPULATION_SIZE; i++) { int[] path = population[i]; double distance = calculateDistance(path); fitness[i] = 1.0 / distance; totalDistance += distance; } for (int i = 0; i < POPULATION_SIZE; i++) { fitness[i] /= totalDistance; } } // 选择 private int select() { double r = Math.random(); double sum = 0; for (int i = 0; i < POPULATION_SIZE; i++) { sum += fitness[i]; if (r < sum) { return i; } } return 0; } // 交叉 private int[] crossover(int[] parent1, int[] parent2) { int[] child = new int[CITY_NUM]; if (CROSSOVER_TYPE == 1) { // 随机选择一个位置,将父代1的前半部分和父代2的后半部分拼接起来 Random random = new Random(); int pos = random.nextInt(CITY_NUM); for (int i = 0; i < pos; i++) { child[i] = parent1[i]; } for (int i = pos; i < CITY_NUM; i++) { int city = parent2[i]; while (contains(child, city)) { city = parent2[++i % CITY_NUM]; } child[i] = city; } } else if (CROSSOVER_TYPE == 2) { // 随机选择两个位置,将父代1这两个位置之间的城市和父代2这两个位置之间的城市交换 Random random = new Random(); int pos1 = random.nextInt(CITY_NUM); int pos2 = random.nextInt(CITY_NUM); if (pos2 < pos1) { int temp = pos1; pos1 = pos2; pos2 = temp; } for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { if (i >= pos1 && i <= pos2) { child[i] = parent2[i]; } else { int city = parent1[i]; while (contains(child, city)) { city = parent1[++i % CITY_NUM]; } child[i] = city; } } } return child; } // 变异 private void mutate(int[] path) { Random random = new Random(); if (random.nextDouble() < MUTATION_RATE) { int pos1 = random.nextInt(CITY_NUM); int pos2 = random.nextInt(CITY_NUM); int temp = path[pos1]; path[pos1] = path[pos2]; path[pos2] = temp; } } // 判断一个城市是否已经在路径中 private boolean contains(int[] path, int city) { for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { if (path[i] == city) { return true; } } return false; } // 初始化种群 private void initPopulation() { for (int i = 0; i < POPULATION_SIZE; i++) { int[] path = new int[CITY_NUM]; for (int j = 0; j < CITY_NUM; j++) { path[j] = j; } shuffle(path); population[i] = path; } } // 打乱数组顺序 private void shuffle(int[] array) { Random random = new Random(); for (int i = array.length - 1; i >= 1; i--) { int j = random.nextInt(i + 1); int temp = array[i]; array[i] = array[j]; array[j] = temp; } } // 遗传算法求解TSP public void solve() { // 初始化距离矩阵和种群 initDistanceMatrix(); initPopulation(); // 迭代 for (int iter = 0; iter < MAX_ITERATION; iter++) { // 计算适应度 calculateFitness(); // 生成下一代种群 int[][] nextPopulation = new int[POPULATION_SIZE][CITY_NUM]; for (int i = 0; i < POPULATION_SIZE; i++) { int parent1 = select(); int parent2 = select(); int[] child = crossover(population[parent1], population[parent2]); mutate(child); nextPopulation[i] = child; } population = nextPopulation; } // 找到最优解 double minDistance = Double.MAX_VALUE; int[] bestPath = null; for (int i = 0; i < POPULATION_SIZE; i++) { double distance = calculateDistance(population[i]); if (distance < minDistance) { minDistance = distance; bestPath = population[i]; } } // 输出结果 System.out.println("最短路径长度为:" + minDistance); System.out.print("最短路径为:"); for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { System.out.print(bestPath[i] + " "); } } public static void main(String[] args) { TSP tsp = new TSP(); tsp.solve(); } } ```

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