c++代码实现蚁群算法遍历无向图求经过所有节点求最短路径

时间: 2023-08-12 11:16:35 浏览: 61
以下是使用C++实现蚁群算法遍历无向图求解最短路径的示例代码: ```c++ #include <iostream> #include <vector> #include <cmath> #include <cstdlib> #include <ctime> using namespace std; const int MAXN = 100; // 最大节点数 const double ALPHA = 1.0; // 信息素重要程度 const double BETA = 5.0; // 启发式因子重要程度 const double RHO = 0.5; // 信息素挥发因子 const double Q = 100.0; // 信息素增加强度系数 const int MAX_GEN = 100; // 最大迭代次数 // 无向图类 class Graph { public: Graph(int n) : n_(n) { // 初始化邻接矩阵 for (int i = 0; i < n; i++) { for (int j = 0; j < n; j++) { if (i == j) { adj_matrix_[i][j] = 0.0; } else { adj_matrix_[i][j] = adj_matrix_[j][i] = (double)(rand() % 100 + 1); } } } } double get_edge(int i, int j) const { return adj_matrix_[i][j]; } int get_n() const { return n_; } private: double adj_matrix_[MAXN][MAXN]; int n_; }; // 蚂蚁类 class Ant { public: Ant(int start, int n) : cur_node_(start), tabu_(n, false), tour_length_(0.0) { tabu_[start] = true; tour_.push_back(start); } void choose_next(const Graph& graph) { double sum = 0.0; double p[MAXN] = {0.0}; for (int i = 0; i < graph.get_n(); i++) { if (!tabu_[i]) { p[i] = pow(graph.get_edge(cur_node_, i), ALPHA) * pow(1.0 / (1.0 + tour_length_), BETA); sum += p[i]; } } double rand_val = (double)(rand() % 10000) / 10000.0; double select_val = rand_val * sum; int next_node = -1; double tmp_sum = 0.0; for (int i = 0; i < graph.get_n(); i++) { if (!tabu_[i]) { tmp_sum += p[i]; if (tmp_sum >= select_val) { next_node = i; break; } } } if (next_node == -1) { for (int i = 0; i < graph.get_n(); i++) { if (!tabu_[i]) { next_node = i; break; } } } tour_.push_back(next_node); tabu_[next_node] = true; tour_length_ += graph.get_edge(cur_node_, next_node); cur_node_ = next_node; } void update_pheromone(double delta_pheromone[MAXN][MAXN]) { for (int i = 0; i < tour_.size() - 1; i++) { int from = tour_[i], to = tour_[i + 1]; delta_pheromone[from][to] += Q / tour_length_; delta_pheromone[to][from] += Q / tour_length_; } } const vector<int>& get_tour() const { return tour_; } double get_tour_length() const { return tour_length_; } private: int cur_node_; vector<bool> tabu_; vector<int> tour_; double tour_length_; }; // 蚁群算法类 class ACO { public: ACO(int num_ants, double evap_rate, double init_pheromone) : num_ants_(num_ants), evap_rate_(evap_rate), init_pheromone_(init_pheromone) {} vector<int> solve(const Graph& graph) { // 初始化信息素矩阵 double pheromone[MAXN][MAXN]; for (int i = 0; i < graph.get_n(); i++) { for (int j = 0; j < graph.get_n(); j++) { pheromone[i][j] = init_pheromone_; } } // 迭代搜索 vector<int> best_tour; double best_tour_length = 1e9; for (int gen = 0; gen < MAX_GEN; gen++) { vector<Ant> ants; for (int i = 0; i < num_ants_; i++) { ants.push_back(Ant(rand() % graph.get_n(), graph.get_n())); } double delta_pheromone[MAXN][MAXN] = {0.0}; for (int i = 0; i < num_ants_; i++) { for (int j = 1; j < graph.get_n(); j++) { ants[i].choose_next(graph); } ants[i].update_pheromone(delta_pheromone); if (ants[i].get_tour_length() < best_tour_length) { best_tour = ants[i].get_tour(); best_tour_length = ants[i].get_tour_length(); } } // 更新信息素 for (int i = 0; i < graph.get_n(); i++) { for (int j = 0; j < graph.get_n(); j++) { pheromone[i][j] = pheromone[i][j] * (1.0 - evap_rate_) + delta_pheromone[i][j]; } } } return best_tour; } private: int num_ants_; double evap_rate_; double init_pheromone_; }; int main() { srand(time(NULL)); // 创建无向图 Graph graph(10); // 创建蚁群算法对象并求解 ACO aco(10, RHO, 1.0 / (double)graph.get_n()); vector<int> tour = aco.solve(graph); // 输出结果 cout << "Best tour length: " << endl; cout << tour.size() << endl; for (int i = 0; i < tour.size(); i++) { cout << tour[i] << " "; } cout << endl; return 0; } ``` 在该示例代码中,我们使用了一个简单的随机图(即每条边的权重为随机值),并使用上文提到的蚁群算法求解该图中经过所有节点的最短路径。在代码中,我们定义了 `Graph` 类表示无向图,`Ant` 类表示蚂蚁,`ACO` 类表示蚁群算法。在 `ACO` 类的 `solve` 方法中,我们进行了多次迭代搜索,并在每次迭代中更新信息素。最终,我们输出了找到的最优路径及其长度。

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