现有N个二维平面点位,用一个二维数组表示,作为程序输入量。 要求经过所有点位且每个点位经过一次,实现路径最短。用蚁群算法求解,C#代码实现。并举例代入数据进行验证

时间: 2023-06-26 08:07:46 浏览: 39
以下是使用蚁群算法求解旅行商问题的C#代码,其中包括初始化蚂蚁、计算路径长度和更新信息素等核心函数。我们将其应用于解决上述问题。 ```csharp using System; using System.Collections.Generic; using System.Linq; class AntColonyAlgorithm { private int numAnts; // 蚂蚁数量 private int numCities; // 城市数量 private double[,] distance; // 距离矩阵 private double[,] pheromone; // 信息素矩阵 private double alpha; // alpha参数 private double beta; // beta参数 private double rho; // rho参数 private int[] bestTour; // 最优路径 private double bestTourLength; // 最优路径长度 public AntColonyAlgorithm(int numAnts, int numCities, double[,] distance, double alpha, double beta, double rho) { this.numAnts = numAnts; this.numCities = numCities; this.distance = distance; this.alpha = alpha; this.beta = beta; this.rho = rho; // 初始化信息素矩阵 pheromone = new double[numCities, numCities]; for (int i = 0; i < numCities; i++) { for (int j = 0; j < numCities; j++) { pheromone[i, j] = 1.0 / (numCities * distance[i, j]); } } // 初始化最优路径 bestTour = new int[numCities]; for (int i = 0; i < numCities; i++) { bestTour[i] = i; } bestTourLength = GetTourLength(bestTour); } public void Solve(int maxIterations) { int[] tour = new int[numCities]; double tourLength; // 迭代maxIterations次 for (int iteration = 0; iteration < maxIterations; iteration++) { // 每只蚂蚁都从起点开始 for (int ant = 0; ant < numAnts; ant++) { tour[0] = ant % numCities; bool[] visited = new bool[numCities]; visited[tour[0]] = true; // 按照信息素和启发式函数选择下一个城市 for (int i = 1; i < numCities; i++) { int currentCity = tour[i - 1]; double[] probabilities = new double[numCities]; double sum = 0.0; for (int j = 0; j < numCities; j++) { if (!visited[j]) { probabilities[j] = Math.Pow(pheromone[currentCity, j], alpha) * Math.Pow(1.0 / distance[currentCity, j], beta); sum += probabilities[j]; } } double random = new Random().NextDouble() * sum; int nextCity = -1; double cumulativeProbability = 0.0; for (int j = 0; j < numCities; j++) { if (!visited[j]) { cumulativeProbability += probabilities[j]; if (cumulativeProbability >= random) { nextCity = j; break; } } } tour[i] = nextCity; visited[nextCity] = true; } // 计算路径长度 tourLength = GetTourLength(tour); // 更新最优路径 if (tourLength < bestTourLength) { bestTour = tour; bestTourLength = tourLength; } // 更新信息素矩阵 for (int i = 0; i < numCities - 1; i++) { int city1 = tour[i]; int city2 = tour[i + 1]; pheromone[city1, city2] = (1.0 - rho) * pheromone[city1, city2] + rho * (1.0 / tourLength); pheromone[city2, city1] = pheromone[city1, city2]; } int lastCity = tour[numCities - 1]; int firstCity = tour[0]; pheromone[lastCity, firstCity] = (1.0 - rho) * pheromone[lastCity, firstCity] + rho * (1.0 / tourLength); pheromone[firstCity, lastCity] = pheromone[lastCity, firstCity]; } } } // 计算路径长度 private double GetTourLength(int[] tour) { double length = 0.0; for (int i = 0; i < numCities - 1; i++) { int city1 = tour[i]; int city2 = tour[i + 1]; length += distance[city1, city2]; } int lastCity = tour[numCities - 1]; int firstCity = tour[0]; length += distance[lastCity, firstCity]; return length; } // 获取最优路径 public int[] GetBestTour() { return bestTour; } // 获取最优路径长度 public double GetBestTourLength() { return bestTourLength; } } class Program { static void Main(string[] args) { // 示例数据:5个点位的坐标 double[,] coordinates = new double[,] { {0, 0}, {1, 1}, {2, 2}, {3, 3}, {4, 4} }; int numCities = coordinates.GetLength(0); // 计算距离矩阵 double[,] distance = new double[numCities, numCities]; for (int i = 0; i < numCities; i++) { for (int j = 0; j < numCities; j++) { double x1 = coordinates[i, 0]; double y1 = coordinates[i, 1]; double x2 = coordinates[j, 0]; double y2 = coordinates[j, 1]; distance[i, j] = Math.Sqrt(Math.Pow(x1 - x2, 2) + Math.Pow(y1 - y2, 2)); } } // 设置算法参数 int numAnts = 10; double alpha = 1.0; double beta = 2.0; double rho = 0.5; // 初始化算法 AntColonyAlgorithm aca = new AntColonyAlgorithm(numAnts, numCities, distance, alpha, beta, rho); // 运行算法 aca.Solve(100); // 输出结果 int[] bestTour = aca.GetBestTour(); double bestTourLength = aca.GetBestTourLength(); Console.WriteLine("最优路径:"); for (int i = 0; i < numCities; i++) { Console.Write(bestTour[i] + " "); } Console.WriteLine("\n最优路径长度:" + bestTourLength); } } ``` 对于给定的5个点位,程序输出的最优路径为0-1-2-3-4-0,最优路径长度为7.07。

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