并行遗传算法实现与源码解析
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更新于2024-10-19
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"并行遗传算法的程序源代码是由Denis Cormier (North Carolina State University)的串行程序修改得到的,适用于Windows环境,利用MPI库实现并行计算。"
并行遗传算法是一种优化技术,它结合了生物进化理论与并行计算,用于解决多维度的复杂问题。在给定的代码中,主要包含了以下关键知识点:
1. **并行计算**:通过包含`<mpi.h>`头文件和链接`mpi.lib`库,表明该程序使用了Message Passing Interface (MPI)进行并行计算。MPI是分布式内存系统中的一种标准通信库,允许程序在多个处理器之间交换数据和协调计算。
2. **遗传算法**:遗传算法是一种全局优化方法,模拟了自然选择和遗传过程。在代码中,`genotype`结构体代表一个个体,包含基因(`gene`)、上下界(`upper`和`lower`)、适应度(`fitness`)等属性。`POPSIZE`定义了种群大小,`MAXGENS`表示最大代数,`NVARS`表示每个性状的数量。
3. **初始化函数(`initialize()`)**:此函数用于创建初始种群,随机分配每个个体的基因值,并计算它们的适应度。
4. **随机数生成(`randval()`)**:`randval()`函数用于生成位于两个给定边界之间的随机数,这是遗传算法中产生新个体的重要步骤。
5. **精英策略(`elitist()`和`keep_the_best()`)**:这些函数确保了最好的个体在进化过程中得以保留,避免了最佳解的丢失。精英策略是遗传算法中常见的保持种群多样性的方式。
6. **选择操作(`select()`)**:选择操作决定了哪些个体将进入下一代,通常基于适应度概率。在这个程序中,可能采用了某种形式的轮盘赌选择或其他选择策略。
7. **交叉操作(`crossover()`和`Xover()`)**:交叉操作是遗传算法中父代产生子代的主要方式,这里使用了一个名为`Xover()`的函数来执行交叉。
8. **变异操作**:虽然代码中没有明确列出变异操作,但在遗传算法中,通常会有一个函数来随机改变部分个体的基因,以引入新的变化,保持种群多样性。`PMUTATION`定义了变异概率。
9. **计算适应度**:代码中的`fitness`、`rfitness`和`cfitness`分别代表原始适应度、归一化适应度和竞争性适应度,它们用于评估个体的优劣。
10. **文件处理**:`galog`文件指针用于记录算法运行过程中的信息,例如种群状态或结果,便于分析和调试。
这个并行遗传算法程序的核心是通过并行计算加速优化过程,使得在大规模搜索空间中找到最优解的时间大大减少。通过MPI并行处理,程序可以在多处理器或多核心环境下运行,提高算法的效率。
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