蚁群算法路径规划c语言

蚁群算法是一种模拟蚂蚁在寻找食物时的行为规律的算法，用于解决优化问题，其中路径规划是其中的一种应用。下面是一个简单的蚁群算法路径规划的 C 语言代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

#define ANT_NUM 50         // 蚂蚁数量
#define CITY_NUM 20        // 城市数量
#define MAX_GEN 200        // 迭代次数
#define ALPHA 1            // 信息素重要程度因子
#define BETA 5             // 距离的重要程度因子
#define RHO 0.5            // 信息素挥发因子
#define QVAL 100           // 常量

int cities[CITY_NUM][2] = {   // 城市坐标
    {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}
};

double pheromone[CITY_NUM][CITY_NUM];  // 信息素矩阵
double distance[CITY_NUM][CITY_NUM];   // 距离矩阵
int ants[ANT_NUM][CITY_NUM];           // 蚂蚁路径
double path_len[ANT_NUM];              // 蚂蚁路径长度
int best_path[CITY_NUM];               // 最佳路径
double best_len = 100000.0;            // 最佳路径长度

// 计算两个城市之间的距离
double calc_distance(int c1, int c2) {
    double x1 = cities[c1][0];
    double y1 = cities[c1][1];
    double x2 = cities[c2][0];
    double y2 = cities[c2][1];
    return sqrt(pow(x1 - x2, 2) + pow(y1 - y2, 2));
}

// 初始化信息素矩阵和距离矩阵
void init_data() {
    int i, j;
    for (i = 0; i < CITY_NUM; i++) {
        for (j = 0; j < CITY_NUM; j++) {
            distance[i][j] = calc_distance(i, j);
            pheromone[i][j] = 1.0;
        }
    }
}

// 蚂蚁选择下一个城市
int select_next_city(int ant_id, int cur_city) {
    int i, j;
    double sum_prob = 0.0;
    double prob[CITY_NUM];
    for (i = 0; i < CITY_NUM; i++) {
        if (ants[ant_id][i] == -1) {
            double p = pow(pheromone[cur_city][i], ALPHA) * pow(1.0 / distance[cur_city][i], BETA);
            prob[i] = p;
            sum_prob += p;
        }
        else {
            prob[i] = 0.0;
        }
    }
    double r = (double)rand() / RAND_MAX;
    double max_prob = 0.0;
    int next_city = -1;
    for (i = 0; i < CITY_NUM; i++) {
        if (ants[ant_id][i] == -1) {
            prob[i] /= sum_prob;
            if (r <= prob[i]) {
                next_city = i;
                break;
            }
            r -= prob[i];
        }
    }
    if (next_city == -1) {
        for (i = 0; i < CITY_NUM; i++) {
            if (ants[ant_id][i] == -1 && prob[i] > max_prob) {
                max_prob = prob[i];
                next_city = i;
            }
        }
    }
    return next_city;
}

// 蚂蚁完成一次遍历
void ant_travel(int ant_id) {
    int i;
    for (i = 0; i < CITY_NUM; i++) {
        ants[ant_id][i] = -1;
    }
    int start_city = rand() % CITY_NUM;
    ants[ant_id][0] = start_city;
    int cur_city = start_city;
    double path_len_sum = 0.0;
    for (i = 1; i < CITY_NUM; i++) {
        int next_city = select_next_city(ant_id, cur_city);
        ants[ant_id][i] = next_city;
        path_len_sum += distance[cur_city][next_city];
        cur_city = next_city;
    }
    path_len_sum += distance[cur_city][start_city];
    path_len[ant_id] = path_len_sum;
}

// 更新信息素矩阵
void update_pheromone() {
    int i, j, k;
    for (i = 0; i < CITY_NUM; i++) {
        for (j = 0; j < CITY_NUM; j++) {
            if (i != j) {
                double delta_pheromone = 0.0;
                for (k = 0; k < ANT_NUM; k++) {
                    delta_pheromone += QVAL / path_len[k] * (ants[k][i] == j ? 1.0 : 0.0);
                }
                pheromone[i][j] = (1.0 - RHO) * pheromone[i][j] + delta_pheromone;
                if (pheromone[i][j] < 1.0) {
                    pheromone[i][j] = 1.0;
                }
                else if (pheromone[i][j] > 100.0) {
                    pheromone[i][j] = 100.0;
                }
            }
        }
    }
}

// 执行蚁群算法
void do_ant_algorithm() {
    int i, j;
    for (i = 0; i < ANT_NUM; i++) {
        ant_travel(i);
        if (path_len[i] < best_len) {
            best_len = path_len[i];
            for (j = 0; j < CITY_NUM; j++) {
                best_path[j] = ants[i][j];
            }
        }
    }
    update_pheromone();
}

int main() {
    srand(time(NULL));
    init_data();
    int i, j;
    for (i = 0; i < MAX_GEN; i++) {
        do_ant_algorithm();
    }
    printf("best_len = %lf\n", best_len);
    printf("best_path = ");
    for (i = 0; i < CITY_NUM; i++) {
        printf("%d ", best_path[i]);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

该代码实现了蚁群算法的基本流程，包括初始化信息素矩阵和距离矩阵、蚂蚁选择下一个城市、蚂蚁完成一次遍历、更新信息素矩阵等操作。在 `main` 函数中，执行了指定次数的蚁群算法，并输出了最优路径和最优路径长度。需要注意的是，该代码实现的是 TSP 问题的求解，即解决所有城市恰好访问一次的问题，如果需要解决其他问题，需要相应地修改距离矩阵和目标函数。