利用python完成以下问题:此图由2023 个结点组成,依次编号 1 至 2023。对于两个不同的结点 x,y,如果x和y的差的绝对值大于 23,则两个结点之间没有边相连;如果x和y的差的绝对值小于等于 23,则两个点之间有一条长度为x和y的最小公倍数的无向边相连。利用遗传算法确定从结点 1 出发的最短巡回路径长度是多少。并画出路径仿真图和迭代变化图

时间: 2023-12-06 14:45:05 浏览: 71
首先,我们需要生成图并计算边权。由于节点数较多,我们可以使用稀疏矩阵来存储图。下面是生成图和计算边权的代码: ```python import numpy as np from scipy.sparse import lil_matrix n = 2023 # 节点数 max_diff = 23 # 最大差值 # 生成稀疏矩阵 adj_matrix = lil_matrix((n, n)) # 计算边权 for i in range(n): for j in range(i + 1, n): diff = abs(i - j) if diff <= max_diff: lcm = np.lcm(i + 1, j + 1) adj_matrix[i, j] = lcm adj_matrix[j, i] = lcm ``` 接下来,我们可以使用遗传算法求解最短巡回路径。我们可以使用一个整数列表来表示路径,每个元素表示访问的节点编号。遗传算法的基本思路是随机生成初始种群,然后通过交叉、变异等操作不断优化种群,最终得到最优解。下面是使用遗传算法求解最短巡回路径的代码: ```python import random # 遗传算法参数 POPULATION_SIZE = 100 # 种群数量 GENERATIONS = 500 # 迭代次数 MUTATION_RATE = 0.1 # 变异概率 # 初始化种群 def create_population(size): population = [] for i in range(size): path = list(range(n)) random.shuffle(path) population.append(path) return population # 计算路径长度 def path_length(path): length = 0 for i in range(n): j = (i + 1) % n length += adj_matrix[path[i], path[j]] return length # 交叉操作 def crossover(parent1, parent2): child = [-1] * n start = random.randint(0, n - 1) end = random.randint(start, n - 1) for i in range(start, end + 1): child[i] = parent1[i] j = 0 for i in range(n): if child[i] == -1: while parent2[j] in child: j += 1 child[i] = parent2[j] return child # 变异操作 def mutate(path): mutated_path = path.copy() for i in range(n): if random.random() < MUTATION_RATE: j = random.randint(0, n - 1) mutated_path[i], mutated_path[j] = mutated_path[j], mutated_path[i] return mutated_path # 选择操作 def selection(population): fitnesses = [1 / path_length(path) for path in population] total_fitness = sum(fitnesses) probabilities = [fitness / total_fitness for fitness in fitnesses] selected_indices = np.random.choice(len(population), size=POPULATION_SIZE, replace=False, p=probabilities) selected_population = [population[i] for i in selected_indices] return selected_population # 遗传算法主循环 def genetic_algorithm(): population = create_population(POPULATION_SIZE) best_path = None best_length = float('inf') length_history = [] for generation in range(GENERATIONS): population = selection(population) new_population = [] for i in range(POPULATION_SIZE): parent1 = random.choice(population) parent2 = random.choice(population) child = crossover(parent1, parent2) mutated_child = mutate(child) new_population.append(mutated_child) length = path_length(mutated_child) if length < best_length: best_path = mutated_child best_length = length population = new_population length_history.append(best_length) print("Generation {}: Best Length = {}".format(generation, best_length)) return best_path, best_length, length_history # 运行遗传算法 best_path, best_length, length_history = genetic_algorithm() ``` 最后,我们可以画出路径仿真图和迭代变化图。路径仿真图可以使用matplotlib库中的scatter函数来画出节点和连线,迭代变化图可以使用matplotlib库中的plot函数来画出每一代的路径长度。下面是画图的代码: ```python import matplotlib.pyplot as plt # 画路径仿真图 x = [i + 1 for i in best_path] y = [0] * n for i in range(n): j = (i + 1) % n plt.plot([x[i], x[j]], [y[i], y[j]], 'b') plt.scatter(x, y, s=5, c='r') plt.show() # 画迭代变化图 plt.plot(length_history) plt.xlabel('Generation') plt.ylabel('Path Length') plt.show() ``` 完整代码如下:
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