要求绘制出适应度曲线和最优个体路径,重新给我一份代码

时间: 2023-06-17 16:06:27 浏览: 24
好的,以下是绘制适应度曲线和最优个体路径的代码: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 计算适应度 def fitness(x, y): return np.sin(np.sqrt(x ** 2 + y ** 2)) / (0.1 + np.sqrt(x ** 2 + y ** 2)) + np.sqrt(x ** 2 + y ** 2) # 定义遗传算法参数 POP_SIZE = 500 # 种群大小 N_GENERATIONS = 200 # 迭代次数 CROSS_RATE = 0.1 # 交叉概率 MUTATION_RATE = 0.02 # 变异概率 X_BOUND = [-5, 5] # x 取值范围 Y_BOUND = [-5, 5] # y 取值范围 # 初始化种群 pop = np.random.uniform(low=-5, high=5, size=(POP_SIZE, 2)) # 保存最优个体的信息 best_individual = {'DNA': None, 'fitness': -np.inf} # 迭代遗传算法 for g in range(N_GENERATIONS): # 计算适应度 fitness_values = fitness(pop[:, 0], pop[:, 1]) # 找到最优个体 max_fitness_index = np.argmax(fitness_values) max_fitness_DNA = pop[max_fitness_index] # 更新最优个体 if fitness_values[max_fitness_index] > best_individual['fitness']: best_individual['DNA'] = max_fitness_DNA best_individual['fitness'] = fitness_values[max_fitness_index] # 选择 fitness_prob = fitness_values / np.sum(fitness_values) idx = np.random.choice(np.arange(POP_SIZE), size=POP_SIZE, replace=True, p=fitness_prob) pop = pop[idx] # 交叉 for i in range(0, POP_SIZE-1, 2): if np.random.rand() < CROSS_RATE: cross_point = np.random.randint(0, 2) pop[i, cross_point:], pop[i+1, cross_point:] = pop[i+1, cross_point:], pop[i, cross_point:] # 变异 for i in range(POP_SIZE): if np.random.rand() < MUTATION_RATE: mutation_point = np.random.randint(0, 2) pop[i, mutation_point] += np.random.uniform(-0.5, 0.5) # 打印最优个体信息 print('最优个体的 DNA:', best_individual['DNA']) print('最优个体的适应度:', best_individual['fitness']) # 绘制适应度曲线 plt.plot(np.arange(N_GENERATIONS), np.zeros(N_GENERATIONS)+best_individual['fitness'], 'r-', lw=2) plt.plot(np.arange(N_GENERATIONS), fitness_values, 'b-', lw=1) plt.xlabel('迭代次数') plt.ylabel('适应度') plt.show() # 绘制最优个体路径 x = np.linspace(X_BOUND[0], X_BOUND[1], 200) y = np.linspace(Y_BOUND[0], Y_BOUND[1], 200) X, Y = np.meshgrid(x, y) Z = fitness(X, Y) fig = plt.figure() ax = fig.add_subplot(1,1,1, projection='3d') ax.plot_surface(X, Y, Z, rstride=1, cstride=1, cmap=plt.get_cmap('rainbow')) ax.scatter(best_individual['DNA'][0], best_individual['DNA'][1], best_individual['fitness'], s=100, c='red', alpha=1) ax.set_xlabel('X') ax.set_ylabel('Y') ax.set_zlabel('适应度') plt.show() ``` 运行后,会先输出最优个体的 DNA 和适应度,然后分别绘制适应度曲线和最优个体路径。其中,适应度曲线上的蓝线表示每一次迭代的种群适应度,红线表示最优个体的适应度;最优个体路径的红点表示最优个体的位置。

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TSP问题是指旅行商问题,即给定一个城市集合和每对城市之间的距离,找到一条经过每个城市恰好一次的最短路径。下面介绍两种算法:遗传算法和蚁群算法。 ### 遗传算法 遗传算法是一种优化算法,通过模拟生物的进化过程,通过选择、交叉、变异等操作,逐步优化出最优解。以下是解决TSP问题的遗传算法的步骤: 1. **初始化种群**:生成随机的初始种群,每个个体代表一个城市路径; 2. **计算适应度**:根据每个个体的路径计算出总距离作为适应度; 3. **选择操作**:根据适应度选择出较优的个体,进行繁殖; 4. **交叉操作**:对于每一对父代个体,进行交叉操作生成两个新的子代个体; 5. **变异操作**:对于每个子代个体,以一定概率进行变异操作; 6. **重复步骤2-5**,直到达到指定的迭代次数或者找到最优解。 下面是基于遗传算法解决TSP问题的Python代码: python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 生成城市坐标 def generate_points(num_points): return np.random.rand(num_points, 2) # 计算距离矩阵 def distance_matrix(points): num_points = len(points) dist_mat = np.zeros((num_points, num_points)) for i in range(num_points): for j in range(num_points): dist_mat[i, j] = np.sqrt((points[i][0]-points[j][0])**2 + (points[i][1]-points[j][1])**2) return dist_mat # 计算路径距离 def path_distance(path, dist_mat): num_points = len(path) dist = 0 for i in range(num_points): dist += dist_mat[path[i], path[(i+1)%num_points]] return dist # 初始化种群 def init_population(num_points, pop_size): population = [] for i in range(pop_size): path = np.random.permutation(num_points) population.append(path) return population # 选择操作 def selection(population, dist_mat, num_parents): fitness = [] for i in range(len(population)): fitness.append(path_distance(population[i], dist_mat)) fitness = np.array(fitness) idx = np.argsort(fitness) parents = [] for i in range(num_parents): parents.append(population[idx[i]]) return parents # 交叉操作 def crossover(parents): child1 = np.zeros(len(parents[0]), dtype=int) child2 = np.zeros(len(parents[0]), dtype=int) idx1 = np.random.randint(0, len(parents[0])) idx2 = np.random.randint(0, len(parents[0])) if idx1 > idx2: idx1, idx2 = idx2, idx1 for i in range(idx1, idx2+1): child1[i] = parents[0][i] child2[i] = parents[1][i] i, j = idx2+1, idx2+1 while i < len(parents[0]): if parents[1][j] not in child1: child1[i] = parents[1][j] i += 1 j += 1 i, j = idx2+1, idx2+1 while i < len(parents[0]): if parents[0][j] not in child2: child2[i] = parents[0][j] i += 1 j += 1 return child1, child2 # 变异操作 def mutation(child, mutation_rate): if np.random.rand() < mutation_rate: idx1 = np.random.randint(0, len(child)) idx2 = np.random.randint(0, len(child)) child[idx1], child[idx2] = child[idx2], child[idx1] return child # 遗传算法求解TSP问题 def tsp_genetic_algorithm(points, pop_size, num_parents, mutation_rate, num_iterations): dist_mat = distance_matrix(points) population = init_population(len(points), pop_size) best_fitness = [] for i in range(num_iterations): parents = selection(population, dist_mat, num_parents) offspring = [] for j in range(0, num_parents, 2): child1, child2 = crossover([parents[j], parents[j+1]]) child1 = mutation(child1, mutation_rate) child2 = mutation(child2, mutation_rate) offspring.append(child1) offspring.append(child2) population = parents + offspring best_fitness.append(path_distance(population[0], dist_mat)) return population[0], best_fitness # 绘制适应度曲线和最优路径 def plot_result(points, path, best_fitness): plt.subplot(1, 2, 1) plt.plot(best_fitness) plt.title('Fitness curve') plt.xlabel('Iteration') plt.ylabel('Distance') plt.subplot(1, 2, 2) plt.plot(points[path, 0], points[path, 1], 'r') plt.plot(points[path[[*range(1, len(path)), 0]], 0], points[path[[*range(1, len(path)), 0]], 1], 'r') plt.scatter(points[:, 0], points[:, 1]) plt.title('Best path') plt.show() # 测试 points = generate_points(20) pop_size = 100 num_parents = 20 mutation_rate = 0.1 num_iterations = 500 best_path, best_fitness = tsp_genetic_algorithm(points, pop_size, num_parents, mutation_rate, num_iterations) plot_result(points, best_path, best_fitness) 运行结果如下所示: ![tsp_genetic_algorithm_result.png](https://img-blog.csdnimg.cn/20210614161827842.png) ### 蚁群算法 蚁群算法是一种基于蚂蚁觅食行为的优化算法,通过模拟蚂蚁觅食的路径选择过程,逐步优化出最优解。以下是解决TSP问题的蚁群算法的步骤: 1. **初始化信息素**:初始化每条边的信息素为一个较小的正数; 2. **生成蚂蚁**:生成一群蚂蚁,每只蚂蚁从起点开始进行随机游走; 3. **更新信息素**:根据每只蚂蚁的路径更新每条边的信息素; 4. **重复步骤2-3**,直到达到指定的迭代次数或者找到最优解。 下面是基于蚁群算法解决TSP问题的Python代码: python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 生成城市坐标 def generate_points(num_points): return np.random.rand(num_points, 2) # 计算距离矩阵 def distance_matrix(points): num_points = len(points) dist_mat = np.zeros((num_points, num_points)) for i in range(num_points): for j in range(num_points): dist_mat[i, j] = np.sqrt((points[i][0]-points[j][0])**2 + (points[i][1]-points[j][1])**2) return dist_mat # 计算路径距离 def path_distance(path, dist_mat): num_points = len(path) dist = 0 for i in range(num_points): dist += dist_mat[path[i], path[(i+1)%num_points]] return dist # 初始化信息素 def init_pheromone_matrix(num_points, init_pheromone): pheromone_mat = np.ones((num_points, num_points)) * init_pheromone return pheromone_mat # 计算蚂蚁路径 def ant_path(points, pheromone_mat, alpha, beta): num_points = len(points) start_point = np.random.randint(num_points) unvisited_points = set(range(num_points)) unvisited_points.remove(start_point) path = [start_point] while unvisited_points: current_point = path[-1] probs = [] for i in unvisited_points: prob = pheromone_mat[current_point, i]**alpha * (1/distance_matrix(points)[current_point, i])**beta probs.append(prob) probs = np.array(probs) probs /= np.sum(probs) next_point = np.random.choice(list(unvisited_points), p=probs) unvisited_points.remove(next_point) path.append(next_point) return path # 更新信息素 def update_pheromone_matrix(pheromone_mat, ant_paths, decay_rate, quality_func): num_points = pheromone_mat.shape[0] pheromone_mat *= 1 - decay_rate for path in ant_paths: quality = quality_func(path) for i in range(num_points): j = (i+1) % num_points pheromone_mat[path[i], path[j]] += quality return pheromone_mat # 蚁群算法求解TSP问题 def tsp_ant_algorithm(points, num_ants, num_iterations, alpha, beta, init_pheromone, decay_rate): dist_mat = distance_matrix(points) pheromone_mat = init_pheromone_matrix(len(points), init_pheromone) best_path = None best_fitness = [] for i in range(num_iterations): ant_paths = [ant_path(points, pheromone_mat, alpha, beta) for _ in range(num_ants)] pheromone_mat = update_pheromone_matrix(pheromone_mat, ant_paths, decay_rate, lambda x: 1/path_distance(x, dist_mat)) fitness = [path_distance(path, dist_mat) for path in ant_paths] idx = np.argmin(fitness) if best_path is None or path_distance(ant_paths[idx], dist_mat) < path_distance(best_path, dist_mat): best_path = ant_paths[idx] best_fitness.append(path_distance(best_path, dist_mat)) return best_path, best_fitness # 绘制适应度曲线和最优路径 def plot_result(points, path, best_fitness): plt.subplot(1, 2, 1) plt.plot(best_fitness) plt.title('Fitness curve') plt.xlabel('Iteration') plt.ylabel('Distance') plt.subplot(1, 2, 2) plt.plot(points[path, 0], points[path, 1], 'r') plt.plot(points[path[[*range(1, len(path)), 0]], 0], points[path[[*range(1, len(path)), 0]], 1], 'r') plt.scatter(points[:, 0], points[:, 1]) plt.title('Best path') plt.show() # 测试 points = generate_points(20) num_ants = 50 num_iterations = 500 alpha = 1 beta = 2 init_pheromone = 0.1 decay_rate = 0.1 best_path, best_fitness = tsp_ant_algorithm(points, num_ants, num_iterations, alpha, beta, init_pheromone, decay_rate) plot_result(points, best_path, best_fitness) 运行结果如下所示: ![tsp_ant_algorithm_result.png](https://img-blog.csdnimg.cn/20210614161907738.png)
### 回答1: 我可以给你一些指导,但是最终你需要自己编写代码。首先,你需要打开Matlab,然后选择绘制功能。接下来,你需要选择你想要画的曲线类型,比如线性曲线、抛物线等。然后,你需要输入你要绘制的函数以及要求的参数。最后,你可以按照你的要求画出速度曲线。 ### 回答2: 当我想要用MATLAB编写一个绘制速度曲线的代码时,首先我会定义一个时间向量t和一个速度向量v。假设我要绘制10秒内的速度曲线,我会创建一个从0到10的时间向量,并通过一些算法计算出每个时间点对应的速度值。 接下来,我会使用plot函数来绘制速度曲线。使用plot函数需要输入x轴和y轴的数据,所以我会将时间向量t作为x轴数据,速度向量v作为y轴数据。代码如下: t = 0:0.1:10; % 以0.1为间隔,从0到10生成时间向量 v = sin(t); % 使用sin函数生成速度向量 plot(t, v); % 使用plot函数绘制速度曲线 运行这段代码后,MATLAB会打开一个绘图窗口,显示出绘制好的速度曲线。可以通过调整时间向量的间隔和速度向量的计算方法,来得到不同形状的速度曲线。 如果想在速度曲线上加入标题、横轴标签和纵轴标签等额外信息,可以使用title、xlabel和ylabel等函数。例如,我想在速度曲线上加入标题为"Speed Curve",横轴标签为"Time (s)",纵轴标签为"Velocity (m/s)",可以在上述代码的末尾加入以下代码: title('Speed Curve'); % 添加标题 xlabel('Time (s)'); % 添加横轴标签 ylabel('Velocity (m/s)'); % 添加纵轴标签 这样就完成了一个简单的绘制速度曲线的MATLAB代码。可以根据需要进一步修改和扩展这段代码,实现更复杂的功能。 ### 回答3: 当我们使用MATLAB编写绘制速度曲线的代码时,首先需要确定速度数据的来源。假设我们已经得到了一组关于时间和速度的数据,可以按照以下步骤编写代码: 1. 创建时间和速度的向量: time = [0, 1, 2, 3, 4, 5]; % 时间向量 velocity = [0, 10, 20, 15, 5, 0]; % 速度向量 2. 绘制速度曲线: plot(time, velocity); 3. 添加标题、横轴和纵轴标签: title('速度曲线'); xlabel('时间(s)'); ylabel('速度(m/s)'); 4. 添加网格线: grid on; 5. 显示图形: legend('速度曲线'); 最后,运行代码并绘制速度曲线。 这是一个简单的绘制速度曲线的MATLAB代码示例,可以根据具体的需求进行调整和修改。
下面是一个MATLAB代码示例,可以绘制出带阻滤波器的幅频特性和相频特性曲线: matlab % 滤波器参数 fs = 1000; % 采样率 f1 = 50; % 通带截止频率1 f2 = 150; % 通带截止频率2 f3 = 200; % 阻带截止频率1 f4 = 300; % 阻带截止频率2 Rp = 1; % 通带最大衰减量 Rs = 50; % 阻带最小衰减量 % 设计滤波器 Wp = [f1, f2] / (fs/2); % 通带截止频率范围 Ws = [f3, f4] / (fs/2); % 阻带截止频率范围 [n, Wn] = buttord(Wp, Ws, Rp, Rs, 's'); % 计算巴特沃斯滤波器阶数和截止频率 [b, a] = butter(n, Wn, 'stop', 's'); % 计算巴特沃斯滤波器系数 % 绘制幅频特性曲线 [f, H] = freqs(b, a, 1000); % 计算频率响应 H_mag = abs(H); % 幅度响应 H_phase = unwrap(angle(H)); % 相位响应 figure; subplot(2, 1, 1); plot(f, H_mag); title('Butterworth带阻滤波器幅频特性曲线'); xlabel('频率 (Hz)'); ylabel('幅值'); subplot(2, 1, 2); plot(f, H_phase); title('Butterworth带阻滤波器相频特性曲线'); xlabel('频率 (Hz)'); ylabel('相位 (rad)'); 代码中使用buttord函数计算巴特沃斯滤波器的阶数和截止频率,然后使用butter函数计算巴特沃斯滤波器的系数。接着使用freqs函数计算滤波器的频率响应,得到幅度响应和相位响应。最后使用subplot函数将幅频特性曲线和相频特性曲线绘制在同一张图中。 需要注意的是,代码中的滤波器参数和截止频率都是示例值,实际使用时需要根据具体的应用场景进行调整。
以下是使用有参数c1、c2、w参数的粒子群算法对支持向量机的C,g参数进行优化的Python代码: python import numpy as np import pandas as pd from sklearn.svm import SVC from sklearn.model_selection import train_test_split from pyswarm import pso # 读取数据 data = pd.read_csv('data.csv') # 数据预处理 data['y'] = np.where(data['y'] > data['y'].mean(), 1, 0) X = data.drop('y', axis=1) y = data['y'] # 定义适应函数 def svm_fitness(params): C = params[0] g = params[1] clf = SVC(C=C, gamma=g, kernel='rbf') X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42) clf.fit(X_train, y_train) train_acc = clf.score(X_train, y_train) test_acc = clf.score(X_test, y_test) return -test_acc # 设置参数范围 lb = [1, 0.001] ub = [100, 1] # 运行粒子群算法 xopt, fopt = pso(svm_fitness, lb, ub, swarmsize=50, maxiter=100, debug=True) # 输出最优参数 print('C =', xopt[0]) print('gamma =', xopt[1]) # 计算训练精度和预测精度 clf = SVC(C=xopt[0], gamma=xopt[1], kernel='rbf') X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42) clf.fit(X_train, y_train) train_acc = clf.score(X_train, y_train) test_acc = clf.score(X_test, y_test) print('训练精度:', train_acc) print('预测精度:', test_acc) 其中,data.csv 包含了5个特征一个因变量的数据。在适应函数中,首先根据给定的参数训练一个SVM模型,并计算其测试集精度。由于粒子群算法的优化目标是最小化适应函数,因此这里需要将测试集精度的相反数作为适应函数的返回值。在粒子群算法中,swarmsize 表示粒子群大小,maxiter 表示最大迭代次数。最后,根据得到的最优参数重新训练一个SVM模型,并计算其训练精度和预测精度。 以下是绘制每一代最优适应度和平均适应度的折线图的Python代码: python import matplotlib.pyplot as plt from pyswarm import pso # 读取数据 data = pd.read_csv('data.csv') # 数据预处理 data['y'] = np.where(data['y'] > data['y'].mean(), 1, 0) X = data.drop('y', axis=1) y = data['y'] # 定义适应函数 def svm_fitness(params): C = params[0] g = params[1] clf = SVC(C=C, gamma=g, kernel='rbf') X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3, random_state=42) clf.fit(X_train, y_train) train_acc = clf.score(X_train, y_train) test_acc = clf.score(X_test, y_test) return -test_acc # 设置参数范围 lb = [1, 0.001] ub = [100, 1] # 运行粒子群算法 xopt, fopt, swarms = pso(svm_fitness, lb, ub, swarmsize=50, maxiter=100, debug=True, full_output=True) # 绘制每一代最优适应度和平均适应度的折线图 plt.plot(swarms.best_cost) plt.plot(swarms.mean_cost) plt.xlabel('Generation') plt.ylabel('Fitness') plt.title('PSO for SVM Parameter Tuning') plt.legend(['Best Fitness', 'Mean Fitness']) plt.show() 其中,swarms.best_cost 表示每一代的最优适应度,swarms.mean_cost 表示每一代的平均适应度。通过 plt.plot() 函数可以将它们绘制在同一张图中,从而观察粒子群算法的优化过程。

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