C语言实现用遗传算法解旅行商问题

时间: 2023-10-11 19:13:09 浏览: 105
下面是一个简单的C语言实现,用遗传算法解决旅行商问题。代码实现中采用了两种常用的选择方法:轮盘赌选择和锦标赛选择。具体实现步骤如下: 1. 初始化种群:随机生成多个个体,每个个体表示一条可能的路径。 2. 评估适应度:根据路径长度计算每个个体的适应度,路径长度越短适应度越高。 3. 选择父代:根据适应度选择优秀的个体作为父代,可以采用轮盘赌选择、锦标赛选择等方法。 4. 交叉繁殖:对选出的父代进行交叉操作,生成新的子代个体。 5. 变异操作:对新生成的子代进行变异操作,保持种群的多样性。 6. 更新种群:将新生成的子代加入到种群中,取代部分不适应的个体。 7. 终止条件:当达到预设的迭代次数或者找到一条满意的路径时,终止算法。 以下是代码实现,仅供参考: ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <time.h> #include <math.h> #define CITY_NUM 10 // 城市数量 #define POP_SIZE 50 // 种群大小 #define MAX_GENERATION 500 // 最大迭代次数 #define MUTATION_RATE 0.01 // 变异率 #define TOURNAMENT_SIZE 3 // 锦标赛选择的选择个体数量 // 城市坐标结构体 struct City { int x; int y; }; // 种群个体结构体 struct Individual { int path[CITY_NUM]; // 路径 double fitness; // 适应度 }; // 计算欧几里得距离 double calcDistance(struct City city1, struct City city2) { return sqrt(pow(city1.x - city2.x, 2) + pow(city1.y - city2.y, 2)); } // 计算路径长度 double calcPathLength(int path[]) { double length = 0.0; for (int i = 0; i < CITY_NUM - 1; i++) { length += calcDistance(cities[path[i]], cities[path[i + 1]]); } length += calcDistance(cities[path[CITY_NUM - 1]], cities[path[0]]); return length; } // 初始化种群 void initPopulation(struct Individual population[]) { for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { for (int j = 0; j < CITY_NUM; j++) { population[i].path[j] = j; } for (int j = 0; j < CITY_NUM; j++) { int k = rand() % CITY_NUM; int temp = population[i].path[j]; population[i].path[j] = population[i].path[k]; population[i].path[k] = temp; } population[i].fitness = 1.0 / calcPathLength(population[i].path); } } // 轮盘赌选择 int rouletteWheelSelection(struct Individual population[]) { double totalFitness = 0.0; for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { totalFitness += population[i].fitness; } double randNum = (double)rand() / RAND_MAX * totalFitness; double sum = 0.0; for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { sum += population[i].fitness; if (sum > randNum) { return i; } } return POP_SIZE - 1; } // 锦标赛选择 int tournamentSelection(struct Individual population[]) { int bestIndex = rand() % POP_SIZE; double bestFitness = population[bestIndex].fitness; for (int i = 1; i < TOURNAMENT_SIZE; i++) { int index = rand() % POP_SIZE; if (population[index].fitness > bestFitness) { bestIndex = index; bestFitness = population[index].fitness; } } return bestIndex; } // 交叉操作 void crossover(int parent1[], int parent2[], int child[]) { int startPos = rand() % CITY_NUM; int endPos = rand() % CITY_NUM; if (startPos > endPos) { int temp = startPos; startPos = endPos; endPos = temp; } for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { child[i] = -1; } for (int i = startPos; i <= endPos; i++) { child[i] = parent1[i]; } int curIndex = endPos + 1; for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { if (curIndex == CITY_NUM) { curIndex = 0; } int city = parent2[i]; if (child[curIndex] == -1) { while (1) { int j; for (j = startPos; j <= endPos; j++) { if (city == child[j]) { break; } } if (j == endPos + 1) { break; } city = parent2[++i]; } child[curIndex++] = city; } } } // 变异操作 void mutate(int path[]) { for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { if ((double)rand() / RAND_MAX < MUTATION_RATE) { int j = rand() % CITY_NUM; int temp = path[i]; path[i] = path[j]; path[j] = temp; } } } // 更新种群 void updatePopulation(struct Individual population[], struct Individual newPopulation[]) { for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { population[i] = newPopulation[i]; } } // 遗传算法求解旅行商问题 void solveTSP() { // 初始化城市坐标 struct City cities[CITY_NUM] = { {1304, 2312}, {3639, 1315}, {4177, 2244}, {3712, 1399}, {3488, 1535}, {3326, 1556}, {3238, 1229}, {4196, 1004}, {4312, 790}, {4386, 570} }; // 初始化种群 struct Individual population[POP_SIZE]; initPopulation(population); // 迭代计算 for (int generation = 0; generation < MAX_GENERATION; generation++) { struct Individual newPopulation[POP_SIZE]; for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) { int parent1 = rouletteWheelSelection(population); int parent2 = tournamentSelection(population); crossover(population[parent1].path, population[parent2].path, newPopulation[i].path); mutate(newPopulation[i].path); newPopulation[i].fitness = 1.0 / calcPathLength(newPopulation[i].path); } updatePopulation(population, newPopulation); } // 输出结果 int bestIndex = 0; for (int i = 1; i < POP_SIZE; i++) { if (population[i].fitness > population[bestIndex].fitness) { bestIndex = i; } } printf("Best path length: %.2f\n", 1.0 / population[bestIndex].fitness); printf("Best path: "); for (int i = 0; i < CITY_NUM; i++) { printf("%d ", population[bestIndex].path[i]); } printf("\n"); } int main() { srand((unsigned int)time(NULL)); solveTSP(); return 0; } ```

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