遗传算法 pytorch

时间: 2023-09-06 21:13:36 浏览: 39
遗传算法是一种优化算法,它通过模拟生物进化的过程来寻找问题的最优解。在遗传算法中,解决方案被表示为一组基因,每个基因都对应于问题的一个变量。遗传算法使用基因交叉和变异等操作来生成新的解决方案,同时通过适应度函数来评估每个解决方案的质量。 在PyTorch中,可以使用遗传算法优化模型的权重和超参数。首先,通过定义适应度函数来评估模型性能。然后,将模型的权重和超参数表示为基因,并定义基因的交叉和变异操作。最后,使用遗传算法来搜索最优的模型权重和超参数。 以下是使用PyTorch实现遗传算法的示例代码: ```python import random import torch from torch import nn from torch.utils.data import DataLoader # 定义模型 class Model(nn.Module): def __init__(self, input_size, output_size, hidden_size): super(Model, self).__init__() self.fc1 = nn.Linear(input_size, hidden_size) self.fc2 = nn.Linear(hidden_size, output_size) self.relu = nn.ReLU() def forward(self, x): x = self.fc1(x) x = self.relu(x) x = self.fc2(x) return x # 定义适应度函数 def fitness_function(model, data_loader): criterion = nn.CrossEntropyLoss() optimizer = torch.optim.SGD(model.parameters(), lr=0.1) for inputs, targets in data_loader: outputs = model(inputs) loss = criterion(outputs, targets) optimizer.zero_grad() loss.backward() optimizer.step() return 1 / loss.item() # 定义基因编码和解码函数 def encode(model): genes = [] for param in model.parameters(): genes.append(param.view(-1)) return torch.cat(genes) def decode(genes, model): index = 0 for param in model.parameters(): param_num = param.numel() param.data = genes[index:index+param_num].view(param.size()) index += param_num # 定义遗传算法操作 def crossover(parent1, parent2): crossover_point = random.randint(0, len(parent1)-1) child1 = torch.cat([parent1[:crossover_point], parent2[crossover_point:]]) child2 = torch.cat([parent2[:crossover_point], parent1[crossover_point:]]) return child1, child2 def mutation(genes, mutation_rate): for i in range(len(genes)): if random.random() < mutation_rate: genes[i] += torch.randn(genes[i].size()) return genes # 设置参数 input_size = 784 hidden_size = 128 output_size = 10 population_size = 50 mutation_rate = 0.1 num_generations = 100 # 准备数据 train_data = DataLoader(...) test_data = DataLoader(...) # 初始化种群 population = [] for i in range(population_size): model = Model(input_size, output_size, hidden_size) genes = encode(model) population.append(genes) # 进化 for generation in range(num_generations): # 计算适应度 fitness_scores = [] for genes in population: model = Model(input_size, output_size, hidden_size) decode(genes, model) fitness_score = fitness_function(model, train_data) fitness_scores.append(fitness_score) # 选择父代 parent1_idx = fitness_scores.index(max(fitness_scores)) parent2_idx = random.choice([i for i in range(population_size) if i != parent1_idx]) parent1 = population[parent1_idx] parent2 = population[parent2_idx] # 交叉和变异 child1, child2 = crossover(parent1, parent2) child1 = mutation(child1, mutation_rate) child2 = mutation(child2, mutation_rate) # 替换最差的个体 min_fitness_idx = fitness_scores.index(min(fitness_scores)) population[min_fitness_idx] = child1 # 替换次差的个体 fitness_scores[min_fitness_idx] = 1 / fitness_function(decode(child2, Model(input_size, output_size, hidden_size)), train_data) second_min_fitness_idx = fitness_scores.index(min(fitness_scores)) population[second_min_fitness_idx] = child2 # 选择最优解 best_model = Model(input_size, output_size, hidden_size) decode(population[fitness_scores.index(max(fitness_scores))], best_model) # 测试模型 correct = 0 total = 0 with torch.no_grad(): for inputs, targets in test_data: outputs = best_model(inputs) _, predicted = torch.max(outputs.data, 1) total += targets.size(0) correct += (predicted == targets).sum().item() print('Accuracy: {:.2f}%'.format(100 * correct / total)) ``` 在上面的示例代码中,我们使用遗传算法来搜索最优的神经网络权重和超参数,以分类MNIST数据集中的手写数字。在每一代中,我们计算种群中每个个体的适应度,并使用基因交叉和变异操作生成新的个体。然后,我们将新的个体替换种群中最差的个体和次差的个体。最后,我们选择具有最高适应度的个体作为最优解,并使用它来分类测试数据集。

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