使用遗传算法通过java编写护士排班的代码并写出individual.calcFitness()的代码

时间: 2024-05-06 12:17:03 浏览: 17
以下是使用遗传算法编写护士排班的Java代码: ```java import java.util.ArrayList; import java.util.Collections; import java.util.Random; public class NurseScheduling { private int numNurses; // 护士数量 private int numShifts; // 班次数量 private int numDays; // 总天数 private int[][] cover; // 覆盖需求 private int popSize; // 种群大小 private double mutationRate; // 变异率 private int elitismCount; // 精英数量 private int tournamentSize; // 锦标赛选择数量 public NurseScheduling(int numNurses, int numShifts, int numDays, int[][] cover, int popSize, double mutationRate, int elitismCount, int tournamentSize) { this.numNurses = numNurses; this.numShifts = numShifts; this.numDays = numDays; this.cover = cover; this.popSize = popSize; this.mutationRate = mutationRate; this.elitismCount = elitismCount; this.tournamentSize = tournamentSize; } // 初始化种群 public Population initPopulation() { Population population = new Population(this.popSize, this.numNurses); return population; } // 评估个体适应度 public double calcFitness(Individual individual) { // 初始化每个班次的被覆盖情况 int[][] shiftCover = new int[this.numShifts][this.numDays]; for (int i = 0; i < this.numShifts; i++) { for (int j = 0; j < this.numDays; j++) { shiftCover[i][j] = 0; } } // 统计个体班次被分配情况 int[][] nurseShifts = individual.getNurseShifts(); for (int i = 0; i < this.numDays; i++) { for (int j = 0; j < this.numNurses; j++) { int shiftIndex = nurseShifts[i][j]; shiftCover[shiftIndex][i] += this.cover[j][i]; } } // 计算每个班次的被覆盖程度 double fitness = 0; for (int i = 0; i < this.numShifts; i++) { for (int j = 0; j < this.numDays; j++) { int demand = this.cover[this.numNurses][j]; int cover = shiftCover[i][j]; if (cover >= demand) { fitness += 1; } } } // 计算平均适应度 fitness /= (this.numShifts * this.numDays); return fitness; } // 选择操作 public Population select(Population population) { Population newPopulation = new Population(this.popSize, this.numNurses); // 添加精英个体 for (int i = 0; i < this.elitismCount; i++) { Individual elitism = population.getFittest(i); newPopulation.setIndividual(i, elitism); } // 锦标赛选择 for (int i = this.elitismCount; i < this.popSize; i++) { Individual indiv1 = tournamentSelection(population); Individual indiv2 = tournamentSelection(population); Individual newIndiv = crossover(indiv1, indiv2); newPopulation.setIndividual(i, newIndiv); } return newPopulation; } // 锦标赛选择 public Individual tournamentSelection(Population population) { Population tournament = new Population(this.tournamentSize, this.numNurses); for (int i = 0; i < this.tournamentSize; i++) { int randomIndex = (int) (Math.random() * population.size()); tournament.setIndividual(i, population.getIndividual(randomIndex)); } Individual fittest = tournament.getFittest(0); return fittest; } // 交叉操作 public Individual crossover(Individual indiv1, Individual indiv2) { Individual newSol = new Individual(this.numNurses); for (int i = 0; i < this.numDays; i++) { if (Math.random() <= 0.5) { newSol.setNurseShifts(i, indiv1.getNurseShifts(i)); } else { newSol.setNurseShifts(i, indiv2.getNurseShifts(i)); } } return newSol; } // 变异操作 public Individual mutate(Individual indiv) { Random random = new Random(); Individual newSol = new Individual(this.numNurses); for (int i = 0; i < this.numDays; i++) { int[] nurseShifts = indiv.getNurseShifts(i); for (int j = 0; j < this.numNurses; j++) { if (Math.random() <= this.mutationRate) { nurseShifts[j] = random.nextInt(this.numShifts); } } newSol.setNurseShifts(i, nurseShifts); } return newSol; } // 进化操作 public Population evolve(Population population) { Population newPopulation = select(population); for (int i = this.elitismCount; i < this.popSize; i++) { newPopulation.setIndividual(i, mutate(newPopulation.getIndividual(i))); } return newPopulation; } // 执行遗传算法 public Individual geneticAlgorithm(int numGenerations) { Population population = initPopulation(); for (int i = 0; i < numGenerations; i++) { population = evolve(population); } return population.getFittest(0); } } ``` 在上面的代码中,我们需要实现 `calcFitness()` 方法来评估个体的适应度。该方法会计算每个班次的被覆盖情况,并计算出每个班次的被覆盖程度。然后,我们将每个班次的被覆盖程度求和,再除以总班次数和总天数,得到平均适应度。 以下是 `calcFitness()` 方法的代码: ```java public double calcFitness(Individual individual) { // 初始化每个班次的被覆盖情况 int[][] shiftCover = new int[this.numShifts][this.numDays]; for (int i = 0; i < this.numShifts; i++) { for (int j = 0; j < this.numDays; j++) { shiftCover[i][j] = 0; } } // 统计个体班次被分配情况 int[][] nurseShifts = individual.getNurseShifts(); for (int i = 0; i < this.numDays; i++) { for (int j = 0; j < this.numNurses; j++) { int shiftIndex = nurseShifts[i][j]; shiftCover[shiftIndex][i] += this.cover[j][i]; } } // 计算每个班次的被覆盖程度 double fitness = 0; for (int i = 0; i < this.numShifts; i++) { for (int j = 0; j < this.numDays; j++) { int demand = this.cover[this.numNurses][j]; int cover = shiftCover[i][j]; if (cover >= demand) { fitness += 1; } } } // 计算平均适应度 fitness /= (this.numShifts * this.numDays); return fitness; } ``` 在这个方法中,我们首先初始化每个班次的被覆盖情况。然后,我们统计个体班次被分配情况,计算出每个班次在每一天的被覆盖程度。接下来,我们计算每个班次的被覆盖程度是否满足需求,并将满足需求的班次数累加。最后,我们将累加结果除以总班次数和总天数,得到平均适应度。

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