粒子群算法求解01背包问题python代码

下面是使用粒子群算法求解01背包问题的Python代码：

import random

# 01背包问题
class KnapsackProblem:
    def __init__(self, n, c, w, v):
        self.n = n  # 物品数量
        self.c = c  # 背包容量
        self.w = w  # 物品重量
        self.v = v  # 物品价值
    
    # 计算个体的适应度
    def fitness(self, x):
        weight = sum([x[i] * self.w[i] for i in range(self.n)])  # 计算重量
        if weight > self.c:  # 如果超过了背包容量，则适应度为0
            return 0
        else:  # 否则适应度为物品的总价值
            return sum([x[i] * self.v[i] for i in range(self.n)])
    
# 粒子群算法
class PSO:
    def __init__(self, problem, pop_size, max_iter, c1, c2, w):
        self.problem = problem  # 问题实例
        self.pop_size = pop_size  # 粒子群大小
        self.max_iter = max_iter  # 最大迭代次数
        self.c1 = c1  # 学习因子1
        self.c2 = c2  # 学习因子2
        self.w = w  # 惯性因子
        self.gbest = None  # 全局最优解
        self.particles = []  # 所有粒子
        self.init_particles()  # 初始化所有粒子
    
    # 初始化一个粒子
    def init_particle(self):
        x = [random.randint(0, 1) for i in range(self.problem.n)]  # 随机生成一个个体
        p = Particle(x)  # 创建一个粒子对象
        p.fitness = self.problem.fitness(p.x)  # 计算个体的适应度
        p.pbest = p.x[:]  # 初始化个体最优解
        p.pbest_fitness = p.fitness  # 初始化个体最优解的适应度
        return p
    
    # 初始化所有粒子
    def init_particles(self):
        self.particles = [self.init_particle() for i in range(self.pop_size)]
        self.gbest = max(self.particles, key=lambda p: p.fitness)  # 初始化全局最优解
    
    # 更新粒子的速度和位置
    def update_particle(self, p):
        r1, r2 = random.random(), random.random()  # 生成两个随机数
        for i in range(self.problem.n):
            p.v[i] = self.w * p.v[i] + self.c1 * r1 * (p.pbest[i] - p.x[i]) + self.c2 * r2 * (self.gbest.x[i] - p.x[i])
            if p.v[i] > 1:  # 速度限制在[-1, 1]范围内
                p.v[i] = 1
            elif p.v[i] < -1:
                p.v[i] = -1
            p.x[i] = 1 if random.random() < sigmoid(p.v[i]) else 0  # 更新位置
        p.fitness = self.problem.fitness(p.x)  # 计算适应度
        if p.fitness > p.pbest_fitness:  # 更新个体最优解
            p.pbest = p.x[:]
            p.pbest_fitness = p.fitness
    
    # 迭代粒子群
    def iterate(self):
        for i in range(self.max_iter):
            for p in self.particles:
                self.update_particle(p)
                if p.fitness > self.gbest.fitness:  # 更新全局最优解
                    self.gbest = p
    
    # 输出结果
    def output(self):
        print("最优解：", self.gbest.x)
        print("最优解的适应度：", self.gbest.fitness)

# 粒子类
class Particle:
    def __init__(self, x):
        self.x = x  # 粒子的位置（即个体）
        self.v = [random.uniform(-1, 1) for i in range(len(x))]  # 粒子的速度
        self.fitness = 0  # 适应度（用于评价个体好坏）
        self.pbest = x[:]  # 个体最优解
        self.pbest_fitness = 0  # 个体最优解的适应度

# sigmoid函数
def sigmoid(x):
    return 1 / (1 + math.exp(-x))

# 测试
if __name__ == '__main__':
    n = 10  # 物品数量
    c = 50  # 背包容量
    w = [random.randint(1, 10) for i in range(n)]  # 物品重量
    v = [random.randint(1, 10) for i in range(n)]  # 物品价值
    problem = KnapsackProblem(n, c, w, v)
    pso = PSO(problem, pop_size=50, max_iter=100, c1=2, c2=2, w=0.8)
    pso.iterate()
    pso.output()

代码中使用了sigmoid函数来把速度转换为位置，这样可以避免速度过大或过小导致的问题。代码还使用了粒子群算法的经典公式来更新粒子的速度和位置。最后，我们可以通过运行代码来测试它的效果。