量子遗传算法 python 代码

时间: 2023-09-02 18:05:36 浏览: 85
以下是一个基于Python的量子遗传算法示例代码。 ```python import numpy as np import random #定义遗传算法参数 POPULATION_SIZE = 50 # 种群大小 CROSSOVER_PROBABILITY = 0.8 # 交叉概率 MUTATION_PROBABILITY = 0.05 # 变异概率 TOURNAMENT_SELECTION_SIZE = 3 # 锦标赛选择策略大小 NUM_GENERATIONS = 100 # 迭代次数 #定义量子遗传算法参数 NUM_QUBITS = 4 # 量子比特数 NUM_INDIVIDUALS = 2**(NUM_QUBITS) # 个体数目 NUM_PARENTS = 2 # 父代个数 NUM_CHILDREN = 2 # 子代个数 NUM_GENERATIONS_QGA = 5 # 量子遗传算法迭代次数 #定义函数 def fitness_function(individual): x = individual[0]*2**3 + individual[1]*2**2 + individual[2]*2**1 + individual[3]*2**0 return (x-10)**2 #定义遗传算法 def genetic_algorithm(): #初始化种群 population = [] for i in range(POPULATION_SIZE): individual = [] for j in range(NUM_QUBITS): individual.append(random.randint(0,1)) population.append(individual) #开始迭代 for i in range(NUM_GENERATIONS): #计算适应度 fitness_values = [] for individual in population: fitness_values.append(fitness_function(individual)) #进行选择 parents = [] for j in range(NUM_PARENTS): tournament = random.sample(range(POPULATION_SIZE), TOURNAMENT_SELECTION_SIZE) winner = tournament[0] for k in tournament[1:]: if fitness_values[k] < fitness_values[winner]: winner = k parents.append(population[winner]) #进行交叉 children = [] for j in range(NUM_CHILDREN): if random.random() < CROSSOVER_PROBABILITY: crossover_point = random.randint(0, NUM_QUBITS-1) child1 = parents[0][:crossover_point] + parents[1][crossover_point:] child2 = parents[1][:crossover_point] + parents[0][crossover_point:] children.append(child1) children.append(child2) #进行变异 for j in range(len(children)): for k in range(NUM_QUBITS): if random.random() < MUTATION_PROBABILITY: children[j][k] = 1 - children[j][k] #替换最差的个体 fitness_values = [] for individual in population: fitness_values.append(fitness_function(individual)) worst_individual = np.argmax(fitness_values) population[worst_individual] = children[0] #返回最优解 fitness_values = [] for individual in population: fitness_values.append(fitness_function(individual)) best_individual = np.argmin(fitness_values) return population[best_individual] #定义量子遗传算法 def quantum_genetic_algorithm(): #初始化状态 state = np.ones(NUM_INDIVIDUALS)/np.sqrt(NUM_INDIVIDUALS) #开始迭代 for i in range(NUM_GENERATIONS_QGA): #计算适应度 fitness_values = [] for j in range(NUM_INDIVIDUALS): individual = [int(x) for x in list('{0:0b}'.format(j).zfill(NUM_QUBITS))] fitness_values.append(fitness_function(individual)) fitness_values = np.array(fitness_values) #计算平均适应度 mean_fitness = np.mean(fitness_values) #计算Q值 q_values = np.zeros(NUM_INDIVIDUALS) for j in range(NUM_INDIVIDUALS): for k in range(NUM_INDIVIDUALS): if j != k: q_values[j] += (fitness_values[k] - mean_fitness) * np.conj(state[k]) * state[j] #进行旋转 angle = 2 * np.arccos(np.sqrt(1/NUM_INDIVIDUALS)) for j in range(NUM_INDIVIDUALS): state[j] = np.cos(angle/2) * state[j] - 1j * np.sin(angle/2) * q_values[j] #返回最优解 best_individual = np.argmax(np.abs(state)) return [int(x) for x in list('{0:0b}'.format(best_individual).zfill(NUM_QUBITS))] #测试 print("遗传算法结果:", genetic_algorithm()) print("量子遗传算法结果:", quantum_genetic_algorithm()) ``` 这个代码实现了一个简单的四位二进制数的最小化函数的优化。其中遗传算法和量子遗传算法均被实现,可以进行比较。

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