基于mpi4py和multiprocess的并行遗传算法用于解决旅行商问题的python代码

时间: 2024-05-08 11:21:35 浏览: 11
以下是基于mpi4py和multiprocess的并行遗传算法解决旅行商问题的Python代码。代码实现了基本的遗传算法框架和旅行商问题的适应度函数。你可以根据需要进行修改和优化。 ``` import random import numpy as np from mpi4py import MPI from multiprocessing import Pool # MPI初始化 comm = MPI.COMM_WORLD rank = comm.Get_rank() size = comm.Get_size() # 旅行商问题的城市坐标 CITIES = [(60, 200), (180, 200), (80, 180), (140, 180), (20, 160), (100, 160), (200, 160), (140, 140), (40, 120), (100, 120), (180, 100), (60, 80), (120, 80), (180, 60), (20, 40), (100, 40), (200, 40), (20, 20), (60, 20), (160, 20)] # 旅行商问题的适应度函数 def fitness(solution): distance = 0 for i in range(len(solution) - 1): distance += np.sqrt((CITIES[solution[i]][0] - CITIES[solution[i+1]][0])**2 + (CITIES[solution[i]][1] - CITIES[solution[i+1]][1])**2) distance += np.sqrt((CITIES[solution[-1]][0] - CITIES[solution[0]][0])**2 + (CITIES[solution[-1]][1] - CITIES[solution[0]][1])**2) return 1 / distance # 遗传算法的基本框架 def genetic_algorithm(population_size, num_generations, crossover_rate, mutation_rate): # 创建初始种群 population = [] for i in range(population_size): individual = list(range(len(CITIES))) random.shuffle(individual) population.append(individual) for generation in range(num_generations): # 计算适应度 fitness_scores = [fitness(individual) for individual in population] # 选择 selected_indices = np.random.choice(population_size, size=population_size, replace=True, p=fitness_scores/np.sum(fitness_scores)) selected_population = [population[i] for i in selected_indices] # 交叉 for i in range(0, population_size, 2): if random.uniform(0, 1) < crossover_rate: cross_point = random.randint(1, len(CITIES) - 1) selected_population[i][cross_point:], selected_population[i+1][cross_point:] = selected_population[i+1][cross_point:], selected_population[i][cross_point:] # 变异 for i in range(population_size): if random.uniform(0, 1) < mutation_rate: mutation_indices = random.sample(range(len(CITIES)), 2) selected_population[i][mutation_indices[0]], selected_population[i][mutation_indices[1]] = selected_population[i][mutation_indices[1]], selected_population[i][mutation_indices[0]] # 合并种群 population = selected_population # 返回最优个体 return max(population, key=fitness) if __name__ == '__main__': # 设置参数 population_size = 1000 num_generations = 100 crossover_rate = 0.8 mutation_rate = 0.2 # 并行化遗传算法 if rank == 0: # 主进程将种群分发给其他进程 pool = Pool(processes=size) population = [pool.apply_async(genetic_algorithm, args=(population_size//size, num_generations, crossover_rate, mutation_rate)) for i in range(size)] population = [p.get() for p in population] population = [y for x in population for y in x] pool.close() pool.join() # 汇总最优解 best_individual = max(population, key=fitness) best_fitness = fitness(best_individual) for i in range(1, size): comm.send(best_fitness, dest=i, tag=0) comm.send(best_individual, dest=i, tag=1) else: # 其他进程执行遗传算法 population = [genetic_algorithm(population_size//size, num_generations, crossover_rate, mutation_rate) for i in range(size)] best_fitness = comm.recv(source=0, tag=0) best_individual = comm.recv(source=0, tag=1) if fitness(population[rank]) > best_fitness: best_individual = population[rank] best_fitness = fitness(best_individual) # 输出结果 if rank == 0: print("Best individual:", best_individual) print("Best fitness:", best_fitness) ```

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