python实现Memetic算法程序设计及应用并生成3D图像

时间: 2024-01-19 22:04:48 浏览: 22
下面是一个使用Python实现Memetic算法,并生成3D图像的例子,以求解函数f(x,y) = sin(x+y) + (x-y)^2 - 1.5x + 2.5y + 1为例: ```python import random import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D # 目标函数 def f(x, y): return np.sin(x+y) + (x-y)**2 - 1.5*x + 2.5*y + 1 # 产生初始种群 def init_population(pop_size, x_range, y_range): return [(random.uniform(x_range[0], x_range[1]), random.uniform(y_range[0], y_range[1])) for i in range(pop_size)] # 适应度评价 def evaluate(population): return [f(x, y) for x, y in population] # 交叉操作 def crossover(parents, pc): children = [] for i in range(len(parents)-1): if random.random() < pc: child1 = (parents[i][0], parents[i+1][1]) child2 = (parents[i+1][0], parents[i][1]) children.append(child1) children.append(child2) return children # 变异操作 def mutation(children, pm, x_range, y_range): mutants = [] for child in children: if random.random() < pm: mutant1 = (child[0] + random.uniform(-0.1, 0.1), child[1]) mutant2 = (child[0], child[1] + random.uniform(-0.1, 0.1)) if mutant1[0] < x_range[0]: mutant1 = (x_range[0], mutant1[1]) elif mutant1[0] > x_range[1]: mutant1 = (x_range[1], mutant1[1]) if mutant2[1] < y_range[0]: mutant2 = (mutant2[0], y_range[0]) elif mutant2[1] > y_range[1]: mutant2 = (mutant2[0], y_range[1]) mutants.append(mutant1) mutants.append(mutant2) return mutants # 局部搜索操作 def local_search(children): new_children = [] for child in children: x, y = child fx = f(x, y) for i in range(10): delta1 = random.uniform(-0.1, 0.1) delta2 = random.uniform(-0.1, 0.1) x_new = x + delta1 y_new = y + delta2 fx_new = f(x_new, y_new) if fx_new < fx: x = x_new y = y_new fx = fx_new new_children.append((x, y)) return new_children # Memetic算法 def memetic_algorithm(pop_size, x_range, y_range, pc, pm, max_gen): population = init_population(pop_size, x_range, y_range) for i in range(max_gen): fitness = evaluate(population) best_fitness = min(fitness) best_index = fitness.index(best_fitness) best_individual = population[best_index] print("Generation {}: best_fitness = {}, best_individual = {}".format(i+1, best_fitness, best_individual)) parents = [population[i] for i in range(pop_size) if fitness[i] < best_fitness*1.1] children = crossover(parents, pc) mutants = mutation(children, pm, x_range, y_range) new_children = local_search(mutants) population = parents + new_children return best_individual, best_fitness # 绘制3D图像 def plot_3d(x_range, y_range): x = np.linspace(x_range[0], x_range[1], 100) y = np.linspace(y_range[0], y_range[1], 100) X, Y = np.meshgrid(x, y) Z = f(X, Y) fig = plt.figure() ax = fig.add_subplot(111, projection='3d') ax.plot_surface(X, Y, Z, cmap='jet') plt.show() # 测试 best_individual, best_fitness = memetic_algorithm(50, [-5, 5], [-5, 5], 0.8, 0.1, 100) print("Best individual: {}, best fitness: {}".format(best_individual, best_fitness)) plot_3d([-5, 5], [-5, 5]) ``` 该程序使用了随机生成初始种群、适应度评价、交叉操作、变异操作、局部搜索操作等Memetic算法的基本操作,求解了函数f(x,y)的最小值,并生成了3D图像。

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