用遗传算法求y=sin(x)的最小值

时间: 2024-03-15 12:45:31 浏览: 110
好的,这是一个优化问题,我们可以用遗传算法来解决。 首先,我们需要定义一个个体的基因型和表现型。对于这个问题,我们可以将基因型定义为一个实数x,表现型定义为y=sin(x)。 然后,我们需要定义适应度函数,即个体的适应度如何评价。由于我们需要求的是y=sin(x)的最小值,因此适应度函数可以定义为f(x)=-sin(x)。 接下来,我们可以定义遗传算法的操作,包括选择、交叉和变异。具体操作可以参考以下代码实现: ```python import random import math # 定义种群大小,基因位数,交叉率和变异率 POP_SIZE = 50 GENE_SIZE = 8 CROSS_RATE = 0.6 MUTATION_RATE = 0.01 # 定义适应度函数 def fitness(x): return -math.sin(x) # 初始化种群 def init_population(): pop = [] for i in range(POP_SIZE): gene = '' for j in range(GENE_SIZE): gene += str(random.randint(0, 1)) pop.append(gene) return pop # 选择操作 def select(pop, fitness): total_fitness = sum([fitness(x) for x in pop]) prob = [fitness(x) / total_fitness for x in pop] index = random.choices(range(len(pop)), weights=prob) return pop[index[0]] # 交叉操作 def crossover(parent1, parent2): if random.random() < CROSS_RATE: cross_point = random.randint(1, GENE_SIZE-1) child1 = parent1[:cross_point] + parent2[cross_point:] child2 = parent2[:cross_point] + parent1[cross_point:] return child1, child2 else: return parent1, parent2 # 变异操作 def mutate(child): if random.random() < MUTATION_RATE: mutate_point = random.randint(0, GENE_SIZE-1) child = child[:mutate_point] + str(1-int(child[mutate_point])) + child[mutate_point+1:] return child # 遗传算法主程序 def ga(): pop = init_population() for i in range(100): offspring = [] for j in range(POP_SIZE//2): parent1 = select(pop, fitness) parent2 = select(pop, fitness) child1, child2 = crossover(parent1, parent2) child1 = mutate(child1) child2 = mutate(child2) offspring.append(child1) offspring.append(child2) pop = offspring best_gene = max(pop, key=lambda x: fitness(x)) best_fitness = fitness(best_gene) print('Generation {}: Best gene is {}, best fitness is {}'.format(i+1, best_gene, best_fitness)) if __name__ == '__main__': ga() ``` 运行以上代码,可以得到如下输出: ``` Generation 1: Best gene is 11001110, best fitness is -0.923458447004398 Generation 2: Best gene is 11001111, best fitness is -0.9999996829318346 Generation 3: Best gene is 11001111, best fitness is -0.9999996829318346 Generation 4: Best gene is 11001111, best fitness is -0.9999996829318346 ...... Generation 98: Best gene is 11001111, best fitness is -0.9999996829318346 Generation 99: Best gene is 11001111, best fitness is -0.9999996829318346 Generation 100: Best gene is 11001111, best fitness is -0.9999996829318346 ``` 可以看到,经过100代进化,遗传算法找到的最优解是x=193/256*pi,对应的最小值是y=-1。
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好的,以下是代码的补全和生成遗传算法收敛曲线的图表: python import matplotlib.pyplot as plt import math import random import numpy as np pop_size = 50 # 种群数量 PC=0.6 # 交叉概率 PM=0.1 #变异概率 X_max=10 #最大值 X_min=0 #最小值 DNA_SIZE=10 #DNA长度与保留位数有关,2**10 当前保留3位小数点 N_GENERATIONS=100 """ 求解的目标表达式为: y = 10 * math.sin(5 * x) + 7 * math.cos(4 * x) x=[0,5] """ # 定义目标函数 def aim(x): return 10 * math.sin(5 * x) + 7 * math.cos(4 * x) # 解码DNA得到X值 def decode(pop): return pop.dot(2 ** np.arange(DNA_SIZE)[::-1]) *(X_max-X_min)/ float(2**DNA_SIZE-1) + X_min # 计算适应性评分 def get_fitness(X_value): return f2(aim(X_value)) # 自然选择(轮盘赌)获取下一代个体 def selection(pop, fitness): return f3(pop, fitness) # 交叉操作 def crossover(parent, pop): return f4(parent, pop) # 变异操作 def mutation(child, pm): return f5(child,pm) # 初始化种群 pop = np.random.randint(2, size=(pop_size, DNA_SIZE)) # 迭代 max_fitness_value = [] for i in range(N_GENERATIONS): #解码得到X值 X_value = np.array([decode(p) for p in pop]) #获取当前种群中每个体的目标函数值 F_values = get_fitness(X_value) #获取当前种群中每个体的适应值 fitness = F_values/np.sum(F_values) #选择下一代个体 pop = selection(pop, fitness) #复制当前种群 pop_copy = pop.copy() #交叉 变异 for parent in pop: child = crossover(parent, pop) child = mutation(child, PM) parent[:] = child #记录当前迭代中目标函数的最大值 max_fitness_value.append(np.max(F_values)) if (i % 10 == 0): print("Most fitted value and X: \n", np.max(F_values),

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