C++三维获得点群最优最小路线 源代码

时间: 2023-07-15 21:12:04 浏览: 48
以下是一个简单的C++程序,用于计算三维点云数据的最优最小路径。该程序使用了遗传算法来寻找最优解。 ```c++ #include <iostream> #include <vector> #include <cmath> #include <algorithm> #include <ctime> #include <cstdlib> using namespace std; // 三维点结构体 struct Point { double x, y, z; }; // 遗传算法参数 const int POPULATION_SIZE = 100; // 种群大小 const int MAX_GENERATIONS = 1000; // 最大迭代次数 const double MUTATION_RATE = 0.01; // 变异率 const double CROSSOVER_RATE = 0.8; // 杂交率 // 三维欧几里得距离 double distance(Point a, Point b) { double dx = a.x - b.x; double dy = a.y - b.y; double dz = a.z - b.z; return sqrt(dx*dx + dy*dy + dz*dz); } // 计算路径长度 double pathLength(vector<Point>& path) { double length = 0; for (int i = 1; i < path.size(); i++) { length += distance(path[i-1], path[i]); } return length; } // 随机生成一个点群 vector<Point> generatePoints(int numPoints) { vector<Point> points(numPoints); for (int i = 0; i < numPoints; i++) { points[i].x = rand() % 1000; points[i].y = rand() % 1000; points[i].z = rand() % 1000; } return points; } // 生成一个随机个体 vector<int> generateIndividual(int numPoints) { vector<int> individual(numPoints); for (int i = 0; i < numPoints; i++) { individual[i] = i; } random_shuffle(individual.begin(), individual.end()); return individual; } // 评估个体适应度 double evaluateFitness(vector<int>& individual, vector<Point>& points) { vector<Point> path(points.size()); for (int i = 0; i < individual.size(); i++) { path[i] = points[individual[i]]; } return 1.0 / pathLength(path); } // 选择一个个体 vector<int> selectIndividual(vector<vector<int>>& population, vector<Point>& points) { // 随机选择两个个体 int index1 = rand() % population.size(); int index2 = rand() % population.size(); // 比较适应度,返回适应度更高的个体 double fitness1 = evaluateFitness(population[index1], points); double fitness2 = evaluateFitness(population[index2], points); if (fitness1 > fitness2) { return population[index1]; } else { return population[index2]; } } // 变异操作 void mutate(vector<int>& individual) { for (int i = 0; i < individual.size(); i++) { if (rand()/(double)RAND_MAX < MUTATION_RATE) { int j = rand() % individual.size(); swap(individual[i], individual[j]); } } } // 杂交操作 void crossover(vector<int>& parent1, vector<int>& parent2, vector<int>& child) { // 随机选择杂交点 int crossoverPoint1 = rand() % parent1.size(); int crossoverPoint2 = rand() % parent1.size(); if (crossoverPoint1 > crossoverPoint2) { swap(crossoverPoint1, crossoverPoint2); } // 复制父代1中的部分基因 for (int i = crossoverPoint1; i <= crossoverPoint2; i++) { child[i] = parent1[i]; } // 复制父代2中的剩余基因 int j = crossoverPoint2 + 1; for (int i = 0; i < parent2.size(); i++) { if (find(child.begin(), child.end(), parent2[i]) == child.end()) { child[j] = parent2[i]; j++; } } } // 遗传算法主函数 vector<Point> geneticAlgorithm(vector<Point>& points) { // 随机生成初始种群 vector<vector<int>> population(POPULATION_SIZE); for (int i = 0; i < POPULATION_SIZE; i++) { population[i] = generateIndividual(points.size()); } // 迭代 for (int generation = 0; generation < MAX_GENERATIONS; generation++) { // 计算种群适应度 vector<double> fitnesses(POPULATION_SIZE); for (int i = 0; i < POPULATION_SIZE; i++) { fitnesses[i] = evaluateFitness(population[i], points); } // 选择下一代种群 vector<vector<int>> newPopulation(POPULATION_SIZE); for (int i = 0; i < POPULATION_SIZE; i++) { // 选择两个个体进行杂交 vector<int> parent1 = selectIndividual(population, points); vector<int> parent2 = selectIndividual(population, points); vector<int> child(points.size()); if (rand()/(double)RAND_MAX < CROSSOVER_RATE) { crossover(parent1, parent2, child); } else { child = parent1; } mutate(child); newPopulation[i] = child; } // 更新种群 population = newPopulation; } // 找到最优路径 double bestFitness = -1; vector<int> bestIndividual; for (int i = 0; i < POPULATION_SIZE; i++) { double fitness = evaluateFitness(population[i], points); if (fitness > bestFitness) { bestFitness = fitness; bestIndividual = population[i]; } } // 构造最优路径 vector<Point> path(points.size()); for (int i = 0; i < bestIndividual.size(); i++) { path[i] = points[bestIndividual[i]]; } return path; } int main() { // 随机生成点群 vector<Point> points = generatePoints(10); // 计算最优路径 vector<Point> path = geneticAlgorithm(points); // 输出结果 cout << "Path: "; for (int i = 0; i < path.size(); i++) { cout << "(" << path[i].x << ", " << path[i].y << ", " << path[i].z << ")"; if (i < path.size() - 1) { cout << " -> "; } } cout << endl; return 0; } ``` 请注意,这只是一个简单的实现,并且可能不是最优的。您可以根据需要进行修改和优化。

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