遗传算法求函数最值(C语言实现)

时间: 2023-11-26 17:06:28 浏览: 53
好的,以下是一个遗传算法求函数最值的 C 语言实现代码示例: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #include <math.h> // 遗传算法相关参数 #define POP_SIZE 100 // 种群大小 #define GEN_NUM 100 // 迭代次数 #define CROSSOVER_RATE 0.8 // 交叉概率 #define MUTATION_RATE 0.01 // 变异概率 #define ELITISM 1 // 精英选择 // 函数相关参数 #define X_LOWER_BOUND -10 // 自变量下界 #define X_UPPER_BOUND 10 // 自变量上界 // 目标函数 double target_func(double x) { return sin(x) * x; } // 随机生成一个染色体 double* generate_chromosome() { double* chromosome = (double*)malloc(sizeof(double)); chromosome[0] = X_LOWER_BOUND + (double)rand() / RAND_MAX * (X_UPPER_BOUND - X_LOWER_BOUND); return chromosome; } // 计算染色体的适应度 double calculate_fitness(double* chromosome) { double x = chromosome[0]; return target_func(x); } // 选择操作 void selection(double** population, double** new_population) { int i, j; double fitness_sum = 0.0; double* fitness = (double*)malloc(sizeof(double) * POP_SIZE); // 计算所有染色体的适应度总和 for (i = 0; i < POP_SIZE; ++i) { fitness[i] = calculate_fitness(population[i]); fitness_sum += fitness[i]; } // 轮盘赌选择 for (i = 0; i < POP_SIZE; ++i) { double rand_num = (double)rand() / RAND_MAX * fitness_sum; double cumulative_fitness = 0.0; for (j = 0; j < POP_SIZE; ++j) { cumulative_fitness += fitness[j]; if (rand_num <= cumulative_fitness) { new_population[i][0] = population[j][0]; break; } } } free(fitness); } // 交叉操作 void crossover(double** population, double** new_population) { int i, j; for (i = 0; i < POP_SIZE; i += 2) { double rand_num = (double)rand() / RAND_MAX; if (rand_num < CROSSOVER_RATE) { int crossover_point = rand() % (sizeof(double) * 8); double temp = population[i][0]; population[i][0] = (population[i][0] & ((-1 << crossover_point))) | (population[i + 1][0] & ((1 << crossover_point) - 1)); population[i + 1][0] = (population[i + 1][0] & ((1 << crossover_point) - 1)) | (temp & ((-1 << crossover_point))); } new_population[i][0] = population[i][0]; new_population[i + 1][0] = population[i + 1][0]; } } // 变异操作 void mutation(double** population, double** new_population) { int i, j; for (i = 0; i < POP_SIZE; ++i) { double rand_num = (double)rand() / RAND_MAX; if (rand_num < MUTATION_RATE) { int mutation_point = rand() % (sizeof(double) * 8); population[i][0] = population[i][0] ^ (1 << mutation_point); } new_population[i][0] = population[i][0]; } } // 精英选择 void elitism(double** population, double** new_population) { int i, j; int best_chromosome_index = 0; double best_fitness = calculate_fitness(population[0]); // 找到当前种群中适应度最好的染色体 for (i = 1; i < POP_SIZE; ++i) { double fitness = calculate_fitness(population[i]); if (fitness > best_fitness) { best_chromosome_index = i; best_fitness = fitness; } } // 将最好的染色体复制到下一代种群中 for (i = 0; i < ELITISM; ++i) { new_population[i][0] = population[best_chromosome_index][0]; } } int main() { int i, j; double** population = (double**)malloc(sizeof(double*) * POP_SIZE); double** new_population = (double**)malloc(sizeof(double*) * POP_SIZE); // 随机初始化种群 for (i = 0; i < POP_SIZE; ++i) { population[i] = generate_chromosome(); new_population[i] = (double*)malloc(sizeof(double)); } // 迭代 for (i = 0; i < GEN_NUM; ++i) { selection(population, new_population); crossover(population, new_population); mutation(population, new_population); elitism(population, new_population); // 将下一代种群复制回当前种群 for (j = 0; j < POP_SIZE; ++j) { population[j][0] = new_population[j][0]; } } // 找到适应度最好的染色体 int best_chromosome_index = 0; double best_fitness = calculate_fitness(population[0]); for (i = 1; i < POP_SIZE; ++i) { double fitness = calculate_fitness(population[i]); if (fitness > best_fitness) { best_chromosome_index = i; best_fitness = fitness; } } // 输出结果 printf("x = %lf, f(x) = %lf\n", population[best_chromosome_index][0], best_fitness); // 释放内存 for (i = 0; i < POP_SIZE; ++i) { free(population[i]); free(new_population[i]); } free(population); free(new_population); return 0; } ``` 该示例代码实现了一个简单的遗传算法,用于求解一个函数的最大值。通过多次迭代,遗传算法能够不断优化种群,逐渐接近函数的最大值。在本例中,我们以 $y = \sin(x) \times x$ 为目标函数,对 $x$ 进行优化,其中 $x$ 的范围为 $[-10, 10]$。在初始化种群后,算法进行一系列选择、交叉和变异操作,最终得到适应度最好的染色体,即对应的 $x$ 值,即为函数的最大值点。

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