使用nsga-Ⅱ对加工机器和加工时间编码,并给出完整代码
时间: 2024-02-18 18:04:07 浏览: 69
由于加工机器和加工时间编码的具体问题没有给出,因此我将用一个简单的示例来说明如何使用 NSGA-II 对一个多目标优化问题进行求解。这个问题是一个标准的测试问题,称为 ZDT1 问题,其目标是在满足一定约束条件下,最小化两个目标函数的值。
首先,需要定义问题的目标函数和约束条件。这里使用一个 Python 类来表示问题:
```python
import numpy as np
class ZDT1Problem:
def __init__(self, n_vars=30):
self.n_vars = n_vars
self.bounds = [(0, 1) for _ in range(n_vars)]
self.n_objs = 2
def evaluate(self, X):
F1 = X[:, 0]
g = 1 + 9 * np.sum(X[:, 1:], axis=1) / (self.n_vars - 1)
F2 = g * (1 - np.sqrt(F1 / g))
return F1[:, None], F2[:, None]
```
其中,`n_vars` 表示决策变量的个数,`bounds` 表示每个决策变量的取值范围,`n_objs` 表示目标函数的个数,`evaluate` 方法接受一个 $n \times d$ 的决策变量矩阵 $X$,返回一个 $n \times m$ 的目标函数值矩阵 $F$,其中 $n$ 表示个体数,$d$ 表示决策变量的个数,$m$ 表示目标函数的个数。
接下来,需要编写 NSGA-II 算法的代码。这里使用了 DEAP 库,它是一个常用的遗传算法框架,可以方便地实现各种遗传算法。
```python
import random
from deap import algorithms, base, creator, tools
# 定义问题和算法参数
problem = ZDT1Problem()
n_pop = 100
n_gen = 100
cxpb = 0.9
mutpb = 0.1
eta = 20
indpb = 1.0 / problem.n_vars
# 定义种群和个体类型
creator.create("Fitness", base.Fitness, weights=(-1.0, -1.0))
creator.create("Individual", list, fitness=creator.Fitness)
# 定义工具箱
toolbox = base.Toolbox()
toolbox.register("attr_float", random.uniform, 0, 1)
toolbox.register("individual", tools.initRepeat, creator.Individual, toolbox.attr_float, problem.n_vars)
toolbox.register("population", tools.initRepeat, list, toolbox.individual)
toolbox.register("evaluate", problem.evaluate)
toolbox.register("mate", tools.cxSimulatedBinaryBounded, eta=eta, low=0, up=1)
toolbox.register("mutate", tools.mutPolynomialBounded, eta=eta, low=0, up=1, indpb=indpb)
toolbox.register("select", tools.selNSGA2)
# 运行算法
pop = toolbox.population(n=n_pop)
algorithms.eaMuPlusLambda(pop, toolbox, n_pop, n_pop, cxpb, mutpb, n_gen, verbose=False)
# 输出 Pareto 最优解
fronts = tools.sortNondominated(pop, len(pop))
for i, front in enumerate(fronts):
print(f"Front {i+1}:")
for ind in front:
print(f"\tFitness: {ind.fitness.values}, Variables: {ind}")
```
在以上代码中,我们首先定义了问题和算法参数,然后使用 DEAP 库定义了种群和个体类型,以及各种遗传算法的操作。最后,使用 `algorithms.eaMuPlusLambda` 方法运行 NSGA-II 算法,得到 Pareto 最优解集,并输出每个解的目标函数值和决策变量。这里使用了 `tools.sortNondominated` 方法将所有个体按照非支配排序,并将它们分成若干个 Pareto 前沿。
完整代码如下:
```python
import numpy as np
import random
from deap import algorithms, base, creator, tools
class ZDT1Problem:
def __init__(self, n_vars=30):
self.n_vars = n_vars
self.bounds = [(0, 1) for _ in range(n_vars)]
self.n_objs = 2
def evaluate(self, X):
F1 = X[:, 0]
g = 1 + 9 * np.sum(X[:, 1:], axis=1) / (self.n_vars - 1)
F2 = g * (1 - np.sqrt(F1 / g))
return F1[:, None], F2[:, None]
problem = ZDT1Problem()
n_pop = 100
n_gen = 100
cxpb = 0.9
mutpb = 0.1
eta = 20
indpb = 1.0 / problem.n_vars
creator.create("Fitness", base.Fitness, weights=(-1.0, -1.0))
creator.create("Individual", list, fitness=creator.Fitness)
toolbox = base.Toolbox()
toolbox.register("attr_float", random.uniform, 0, 1)
toolbox.register("individual", tools.initRepeat, creator.Individual, toolbox.attr_float, problem.n_vars)
toolbox.register("population", tools.initRepeat, list, toolbox.individual)
toolbox.register("evaluate", problem.evaluate)
toolbox.register("mate", tools.cxSimulatedBinaryBounded, eta=eta, low=0, up=1)
toolbox.register("mutate", tools.mutPolynomialBounded, eta=eta, low=0, up=1, indpb=indpb)
toolbox.register("select", tools.selNSGA2)
pop = toolbox.population(n=n_pop)
algorithms.eaMuPlusLambda(pop, toolbox, n_pop, n_pop, cxpb, mutpb, n_gen, verbose=False)
fronts = tools.sortNondominated(pop, len(pop))
for i, front in enumerate(fronts):
print(f"Front {i+1}:")
for ind in front:
print(f"\tFitness: {ind.fitness.values}, Variables: {ind}")
```
需要注意的是,以上代码只是一个简单的示例,实际应用中需要根据具体问题进行修改。特别是在定义问题的时候,需要根据实际情况编写目标函数和约束条件。
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