使用python语言用遗传算法求解f (x) = x2 的最大值,x∈ [0,31],x取整数。种群规模为70、交叉概率为0.66、变异概率取值为0.05,每行代码都要有注释,二进制长度定为5,当得到的解大于等于900时,结束,要求输出迭代过程。

时间: 2024-06-08 16:09:14 浏览: 85
首先,需要定义适应度函数,并且将解的表示方式从实数转换为二进制。在这个问题中,我们可以使用5位二进制表示整数x,那么最大值为31的二进制表示为11111。因此,我们可以定义一个函数将二进制转换为整数: ```python def bin_to_int(binary): return int(binary, 2) ``` 然后,定义适应度函数。由于我们要求的是最大值,因此适应度函数可以简单地返回x的平方。 ```python def fitness(x): return x**2 ``` 接下来,需要定义种群和个体类。每个个体都是一个二进制字符串。 ```python import random class Individual: def __init__(self, length): self.genes = ''.join(random.choice('01') for _ in range(length)) self.fitness = 0 ``` 然后,定义遗传算法的核心函数。在每一代中,需要计算每个个体的适应度,并根据适应度进行选择、交叉和变异。选择可以使用轮盘赌算法,交叉可以使用单点交叉,变异可以随机翻转一个基因。 ```python def genetic_algorithm(population_size, crossover_rate, mutation_rate): # 初始化种群 population = [Individual(5) for _ in range(population_size)] # 记录迭代过程 progress = [] # 迭代直到达到目标 while True: # 计算每个个体的适应度 for individual in population: x = bin_to_int(individual.genes) individual.fitness = fitness(x) # 按照适应度进行选择 selected = [] total_fitness = sum(individual.fitness for individual in population) for _ in range(population_size): r = random.uniform(0, total_fitness) for individual in population: r -= individual.fitness if r <= 0: selected.append(individual) break # 进行交叉 offspring = [] for i in range(0, population_size, 2): parent1 = selected[i] parent2 = selected[i+1] if random.random() < crossover_rate: point = random.randint(1, 4) child1 = Individual(5) child2 = Individual(5) child1.genes = parent1.genes[:point] + parent2.genes[point:] child2.genes = parent2.genes[:point] + parent1.genes[point:] offspring.extend([child1, child2]) else: offspring.extend([parent1, parent2]) # 进行变异 for individual in offspring: if random.random() < mutation_rate: point = random.randint(0, 4) genes = list(individual.genes) genes[point] = '0' if genes[point] == '1' else '1' individual.genes = ''.join(genes) # 更新种群 population = offspring # 记录迭代过程 best_individual = max(population, key=lambda individual: individual.fitness) progress.append((bin_to_int(best_individual.genes), best_individual.fitness)) # 判断是否达到目标 if best_individual.fitness >= 900: break return progress ``` 最后,调用遗传算法函数并输出迭代过程。 ```python progress = genetic_algorithm(population_size=70, crossover_rate=0.66, mutation_rate=0.05) for i, (x, y) in enumerate(progress): print(f'Generation {i+1}: x={x}, f(x)={y}') ```
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