Visual C++2008实现遗传算法指南

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"本书主要介绍如何使用Visual C++2008来实现遗传算法，适合不同程度的C++学习者，无论是否有编程经验。书中涵盖了ISO/ANSI标准C++和C++/CLI这两种C++版本，前者用于开发本地高性能应用，后者则专用于.NET Framework的开发，特别是Windows Forms应用程序。在实现遗传算法的过程中，读者将学习到C++的基础知识，以及如何利用Visual Studio 2008的工具进行Windows编程。" 在《用Visual C++2008实现遗传算法》中，作者首先介绍了Visual Studio 2008对两种C++版本的支持，即ISO/ANSI标准C++和C++/CLI。ISO/ANSI C++是国际标准，适用于开发本地执行且性能优异的应用程序，而C++/CLI是微软扩展的C++版本，与.NET Framework紧密结合，简化了.NET平台上的应用程序开发，特别是在创建Windows Forms界面时。遗传算法是一种基于生物进化理论的优化方法，广泛应用于解决复杂问题的求解。在本书中，读者将学习如何利用C++语言和Visual Studio 2008的特性来实现这一算法。实现过程中，可能涉及到的基本概念包括：种群初始化、选择、交叉和变异等遗传操作，以及适应度函数的设计和编码策略的选择。书中的内容不仅限于遗传算法的实现，还涵盖了C++编程基础，包括面向对象编程、类与对象、继承、多态等核心概念。对于C++/CLI，读者将学习到托管代码、类型系统、接口、事件处理等.NET框架相关知识。此外，书中还会涉及Windows编程的基础，如消息循环、控件处理和资源管理，这些都是在Windows环境下开发C++应用程序必不可少的部分。本书适合四种类型的读者： 1. 对其他编程语言（如BASIC）有一定基础，希望通过学习C++提升Windows编程技能的新手。 2. 有C或C++经验，但不熟悉Windows编程的开发者，希望扩展到Windows平台。 3. 已经掌握C++基础，希望进一步学习C++/CLI，以适应.NET框架的开发者。 4. 完全的编程初学者，希望通过学习本书快速入门C++和Windows编程。通过学习本书，读者不仅可以掌握遗传算法的实现，还能全面了解C++在不同场景下的应用，提升自己的编程能力和技术水平。

++nCakes;

cout << endl

<< "We have " << nCakes << " cake" << ((nCakes > 1) ? "s." : ".")

<< endl;

return 0;

}

该程序的输出如下：

We have 1 cake.

We have 2 cakes.

示例说明

我们首先用数值 1 初始化变量 nCakes，然后是一条显示蛋糕数量的输出语句。使用条

件运算符只是想测试一下变量 nCakes，以确定是有一块还是多块蛋糕：

((nCakes>1) ? "s." : ".")

如果 nCakes 大于 1，则该表达式为"s."；否则为"."。该表达式使我们能够为任意数量的

蛋糕使用同一条输出语句，并得到语法上正确的输出。为证实这一点，我们在示例中使变量

nCakes 递增，然后重复执行相同的输出语句。

还有许多其他可以应用这类机制的情况，例如在"is"和"are"之间进行选择。

3.1.7 switch 语句

switch 语句使我们能够基于给定表达式的一组定值，从多个选项中进行选择。其原理就

像旋转开关一样，我们可以从多个选项中选择其中一项，有些洗衣机就是以这种方式供用户

操作的。开关上有多个位置，比如棉布、毛料、合成纤维等，我们可以选择任意一个位置，

方法是旋转手柄，指向需要的选项。

在 switch 语句中，作出的选择由指定表达式的值决定。我们可以用一个或多个值来定义

switch 的位置。如果 switch 表达式的值与某个分情形值(case 值)相同，则选择相应的情形。

switch 语句的每种选择对应一个分情形值，所有分情形值都不相同。

如果 switch 表达式的值不与任何分情形值匹配，则 switch 自动选择默认的情形。如果

愿意，我们可以指定默认情形的代码，就像下面那样；否则，默认情形下什么也不做。

试一试： switch 语句

通过下面的示例，我们可以分析 switch 语句的工作过程。

// Ex3_05.cpp

// Using the switch statement

#include <iostream>

using std::cin;

using std::cout;

using std::endl;

int main()

{

int choice = 0; // Store selection value here

cout << endl

<< "Your electronic recipe book is at your service." << endl

<< "You can choose from the following delicious dishes: "

<< endl

<< endl << "1 Boiled eggs"

<< endl << "2 Fried eggs"

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<< endl << "3 Scrambled eggs"

<< endl << "4 Coddled eggs"

<< endl << endl << "Enter your selection number: ";

cin >> choice;

switch(choice)

{

case 1: cout << endl << "Boil some eggs." << endl;

break;

case 2: cout << endl << "Fry some eggs." << endl;

break;

case 3: cout << endl << "Scramble some eggs." << endl;

break;

case 4: cout << endl << "Coddle some eggs." << endl;

break;

default: cout << endl <<"You entered a wrong number, try raw eggs."

<< endl;

}

return 0;

}

示例说明

在流输出语句中定义了选项，并将选择的数字读入变量 choice 之后，switch 语句开始按

照指定的条件执行，该条件是关键字 switch 后括弧内的 choice。switch 中的选项被包围在大

括号之间，分别用分情形标记来标识。分情形标记是关键字 case，加上后面跟着的与该选项

对应的 choice 值，并以冒号结束。

可以看出，特定 case 下要执行的语句写在分情形标记结束处冒号的后面，这些语句以

一条 break 语句结束。break 语句将程序的执行传递给 switch 后面的语句。break 不是必需的，

但如果没有这条语句，程序将继续执行后面那种情形的语句，这通常不是我们想要的。我们

可以试一下，看看删除本示例中的 break 语句之后会发生什么事情。

如果 choice 的值与指定的任何分情形值都不符合，则执行 default 标记后面的语句。

default 情形不是必需的。在缺少该情形的情况下，如果测试表达式的值与任何情形都不符合，

则退出 switch 语句，程序继续执行 switch 后面的那条语句。

试一试：共用某种情形

为标识不同情形而指定的表达式必须是常量，这样才能在编译期间确定其数值，这些表

达式还必须是唯一的整数值。任何两个分情形常量都不能相同，原因是编译器将无法知道应

该执行哪种情形的语句，但是不同的情形不必一定要采取不同的动作。如下所示，若干情形

可以共用相同的动作。

// Ex3_06.cpp

// Multiple case actions

#include <iostream>

using std::cin;

using std::cout;

using std::endl;

int main()

{

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char letter = 0;

cout << endl

<< "Enter a small letter: ";

cin >> letter;

switch(letter*(letter >= 'a' && letter <= 'z'))

{

case 'a':

case 'e':

case 'i':

case 'o':

case 'u': cout << endl << "You entered a vowel.";

break;

case 0: cout << endl << "That is not a small letter.";

break;

default: cout << endl << "You entered a consonant.";

}

cout << endl;

return 0;

}

示例说明

在本示例中，switch 语句中的表达式更为复杂。如果输入的字符不是小写字母，则表达

式

(letter >= 'a' && letter <= 'z')

结果为 false；否则为 true。因为 letter 要乘以该表达式的值，所以该逻辑表达式的值被强制

转换为整数。如果是 false，则转换为 0；如果是 true，则转换为 1。因此，如果输入的不是

小写字母，则 switch 表达式的值为 0；如果是小写字母，则该表达式的值就是 letter 的值。

只要 letter 中存储的字符代码不是小写字母，程序就执行分情形标记 case 0 后面的语句。

如果输入的是小写字母，则 switch 表达式的值与 letter 的值相同。因此，对于所有元音

字母来说，相应的输出语句跟在分情形值是元音的标记后面。无论输入的是哪个元音，执行

的都是同一条语句，因为这些分情形标记中任何一个被选中时，都要执行连续的语句，直至

遇到 break 语句为止。我们看到，通过在要执行的语句之前接连写出各个分情形标记，就可

以为多种不同的情形采取相同的动作。如果输入的小写字母是辅音，则执行分情形标记

default 后面的语句。

3.1.8 无条件转移

if 语句给我们提供了根据指定条件选择执行这组或那组语句的灵活性，因此程序中语句

的执行顺序因数值的不同而不同。与此相反，goto 语句却很死板。该语句使我们无条件转移

到指定的程序语句。位于转移目的地的语句必须用某个语句标号来标识，这种标号也是遵循

定义变量名的相同规则定义的标识符。语句标号后面应该跟一个冒号，还应该放在需要标记

的语句前面。下面是一条被标记语句的示例。

myLabel: cout << "myLabel branch has been activated" << endl;

该语句的标号是 myLabel，无条件转移到这条语句的语句如下所示：

goto myLabel;

只要可能，我们就应该避免在程序中使用 goto 语句。这些 goto 语句往往导致错综复杂

的、难以理解的代码。

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注意：

理论上，程序中的 goto 语句是不必要的—— 因为总有替代 goto 语句的方法，所以某

些程序员声称我们应该永远不使用 goto 语句。笔者不同意这样的极端观点。goto 语句毕竟

是一条合法语句，而且在有些场合下使用起来很方便，比如必须从一个深度嵌套的循环(下

一节将介绍)中退出时。但是，笔者还是建议仅当能够看到明显优于其他可用选择时才使用

goto；否则，我们就可能得到难以理解、更难以维护、错综复杂且容易出错的代码。

3.2 重复执行语句块

对大多数应用程序而言，重复一组语句的功能是基本要求。如果没有这种功能，则公司

每当雇用一名新员工时就需要修改工资计算程序，每当我们想要玩另一个游戏时就需要重新

加载 Halo 2。因此，下面首先介绍一下循环的工作原理。

3.2.1 循环的概念

循环即重复执行一个语句序列，直到特定的条件为 true 或 false 为止。实际上，我们用

目前所学过的 C++语句就能编写出循环，需要的只是 if 和令人畏惧的 goto 而已。看下面的

示例：

// Ex3_07.cpp

// Creating a loop with an if and a goto

#include <iostream>

using std::cin;

using std::cout;

using std::endl;

int main()

{

int i = 0, sum = 0;

const int max = 10;

i = 1;

loop:

sum += i; // Add current value of i to sum

if(++i <= max)

goto loop; // Go back to loop until i = 11

cout << endl

<< "sum = " << sum

<< endl

<< "i = " << i

<< endl;

return 0;

}

本示例是累加整数 1~10 的和。首次执行该语句序列时，i 是 1，该变量与最初是 0 的 sum

相加。在 if 语句中，i 递增为 2，但只要它小于等于 max，就无条件转移到 loop，然后 i 的

值(现在是 2)再次与 sum 相加。每次使 i 递增并与 sum 相加的动作重复执行，直到最后在 if

语句中 i 递增到 11 的时候，才不再向后转移。如果运行该示例，则得到下面的输出。

sum = 55

i = 11

本示例非常清楚地展示了循环的工作过程，但使用了 goto，还在程序中引入一个标号，

这两者都是我们应该尽可能避免的。使用下面这条专门用于编写循环的语句，可以实现相同

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的功能，甚至更多。

试一试：使用 for 循环

我们可以使用 for 循环来重写上一个示例。

// Ex3_08.cpp

// Summing integers with a for loop

#include <iostream>

using std::cin;

using std::cout;

using std::endl;

int main()

{

int i = 0, sum = 0;

const int max = 10;

for(i = 1; i <= max; i++) // Loop specification

sum += i; // Loop statement

cout << endl

<< "sum = " << sum

<< endl

<< "i = " << i

<< endl;

return 0;

}

示例说明

如果编译并运行该程序，我们将得到与前面的示例完全相同的输出，但这里的代码更加

简单。决定循环操作的条件位于关键字 for 后面的括弧中。该括弧内共有 3 个以分号隔开的

表达式：

● 第一个表达式最初执行一次，以设定循环的初始条件，在本示例中，该表达式将 i 设

置为 1。

● 第二个是逻辑表达式，它决定是否应该继续执行循环语句(或语句块)。如果第二个表

达式为 true，则循环继续执行；如果是 false，则循环结束，然后执行循环后面的语句。在

本示例中，只要 i 小于等于 max，就一直执行下面的循环语句。

● 在循环语句(或语句块)执行之后，计算机将求出第三个表达式的值，在本示例中，每

次循环都使 i 加 1。在计算该表达式之后，第二个表达式再次被计算，以确定循环是否应该

继续。

实际上，该循环与 Ex3_07.cpp 中的版本不完全相同。我们在这两个程序中将 max 的值

设置为 0，然后再次运行两个程序，就可以证明这一点。我们将发现在 Ex3_07.cpp 中 sum

的值是 1，在 Ex3_08.cpp 中 sum 的值是 0，i 的值也不同。原因是 if 版本的程序总是至少执

行一次循环，因为我们直到最后才检查测试条件。for 循环却不是这样，因为测试条件实际

上是在最开始检查的。

for 循环的通用形式如下：

for (initializing_expression ; test_expression ; increment_expression)

loop_statement;

当然，loop_statement 可以是一条语句，也可以是大括号之间的语句块。执行 for 循环的

事件序列如图 3-3 所示。

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