遺傳算法實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)一二進(jìn)制編碼函數(shù)優(yōu)化一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康母鶕?jù)給出的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用遺傳算法求解，并用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。采用二進(jìn)制編碼方式，通過(guò)不停調(diào)節(jié)種群規(guī)模、進(jìn)化代數(shù)、交叉因子和變異因子等參數(shù)，對(duì)目的函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解。重點(diǎn)：掌握二進(jìn)制編碼的編程過(guò)程。二、實(shí)驗(yàn)儀器AcerAspireV5-472G，Windows7旗艦版，64位操作系統(tǒng)Intel(R)Core(TM)i5-3337CPU@1.8GHz1.80GHzMicrosoftVisualC++6.0MicrosoftOfficeExcel三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及環(huán)節(jié)采用二進(jìn)制編碼方式優(yōu)化以下測(cè)試函數(shù)：DeJong函數(shù)F1：極小點(diǎn)f1(0,0,0)＝0。DeJong函數(shù)F2：極小點(diǎn)f2(1，1)=0。DeJong函數(shù)F3：對(duì)于區(qū)域內(nèi)的每一種點(diǎn)，它都取全局極小值。規(guī)定：對(duì)每一種測(cè)試函數(shù)，分析不同的種群規(guī)模（20～100）、交叉概率（0.4～0.99）和變異概率（0.0001～0.1）對(duì)優(yōu)化成果的影響，試擬定最佳參數(shù)組合。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)根據(jù)DeJong函數(shù)F1：極小點(diǎn)f1(0,0,0)＝0。給定Cmax=100，MaxGeneration=100，在此基礎(chǔ)上變化A：Popsize(20、60、100)、B:Pc（0.3、0.6、0.9）、C：Pm（0.1、0.05、0.001）等參數(shù)，設(shè)計(jì)一種3因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將正交實(shí)驗(yàn)因素和實(shí)驗(yàn)成果整合成一種正交實(shí)驗(yàn)表，如表1.1.1所示。其中M表達(dá)best達(dá)成0的最小迭代數(shù)，N代表Average的收斂性，收斂為1，不收斂為0。對(duì)實(shí)驗(yàn)成果M、N兩項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析，得到均值響應(yīng)表，如表1.1.2所示。實(shí)驗(yàn)編號(hào)實(shí)驗(yàn)因素實(shí)驗(yàn)成果ABCMNPopsizePcPm1600.30.11802600.60.054103600.90.00151141000.30.00176151000.60.165061000.90.052207200.30.05808200.60.0018619200.90.1580表1.1.1函數(shù)F1正交實(shí)驗(yàn)表MNABCABC平均值136.6734470.330.330平均值254.336423.670.330.330平均值350.6743.67710.330.331表1.1.2函數(shù)F1均值響應(yīng)表通過(guò)分析均值響應(yīng)表，得到較優(yōu)的組合為A1B1C2和A1B1C1。下面分別進(jìn)行分析：A1B1C2，即Cmax=100，MaxGeneration=100，Popsize=60，Pc=0.3，Pm=0.05。A1B1C1，即Cmax=100，MaxGeneration=100，Popsize=60，Pc=0.3，Pm=0.1。曲線分別如圖1.1.1和1.1.2所示。圖1.1.1A1B1C2圖1.1.2A1B1C1能夠看到，A1B1C2和A1B1C1分別在第6代和第9代存在最優(yōu)解，但是兩種狀況的Average均存在較大波動(dòng)且無(wú)法收斂，故均不是最佳方案。下面分析A1B1C3，其圖像如1.1.3所示。圖1.1.3A1B1C3從圖1.3中能夠看到，此時(shí)在第8代時(shí)存在最優(yōu)解，在20代時(shí)發(fā)生突變，在41代時(shí)收斂于0。故最后擬定的參數(shù)組合為：Popsize=60，Pc=0.3，Pm=0.001，初步判斷變異概率和交叉概率對(duì)最優(yōu)解的影響最大。(2)根據(jù)DeJong函數(shù)F2：極小點(diǎn)f2(1，1)=0。根據(jù)函數(shù)規(guī)定在原始Main函數(shù)上進(jìn)行修改，并進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，辦法和求解DeJong函數(shù)F1時(shí)類似。給定Cmax=100，MaxGeneration=100，在此基礎(chǔ)上變化A：Popsize(20、60、100)、B:Pc（0.3、0.6、0.9）、C：Pm（0.1、0.05、0.001）等參數(shù)，設(shè)計(jì)一種3因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)表如表1.2.1所示，均值對(duì)應(yīng)表如表1.2.2所示。實(shí)驗(yàn)編號(hào)實(shí)驗(yàn)因素實(shí)驗(yàn)成果ABCMNPopsizePcPm1200.30.12402200.60.056703200.90.0014114600.30.05505600.60.0011816600.90.114071000.30.00112081000.60.11091000.90.05170表1.2.1函數(shù)F2正交實(shí)驗(yàn)表MNABCABC平均值14413.67130.3300平均值212.3328.6729.670.330.330平均值3102423.6700.330.67表1.2.2函數(shù)F2均值響應(yīng)表比較下挑選出A3B1C1為最優(yōu)解，即數(shù)據(jù)為Popsize=100，Pc=0.3，Pm=0.1進(jìn)行嘗試，發(fā)現(xiàn)該狀況的Average均存在較大波動(dòng)且無(wú)法收斂，故進(jìn)行次優(yōu)方案A2B1C3，即數(shù)據(jù)為Popsize=60，Pc=0.3，Pm=0.001狀況，得到最優(yōu)解曲線如圖1.2.1所示（最佳個(gè)體曲線由于過(guò)小且波動(dòng)不明顯，故在圖中難以看出），在該狀況下，在第11代時(shí)存在最優(yōu)解，在23代時(shí)發(fā)生突變，在16代時(shí)收斂于0。圖1.2.1A2B1C3根據(jù)DeJong函數(shù)F3：對(duì)于區(qū)域內(nèi)的每一種點(diǎn)，它都取全局極小值。采用同（1）和（2）同樣的正交實(shí)驗(yàn)辦法，給定Cmax=100，MaxGeneration=100，最后對(duì)比得出最優(yōu)解組合參數(shù)為：Popsize=20，Pc=0.3，Pm=0.001，并得到其曲線圖如圖1.3.1所示。在該狀況下，在第12代時(shí)存在最優(yōu)解，未發(fā)生突變，在51代時(shí)收斂于-25。圖1.3.1函數(shù)F3最優(yōu)解時(shí)的曲線圖

實(shí)驗(yàn)二實(shí)數(shù)編碼函數(shù)優(yōu)化一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康母鶕?jù)給出的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用遺傳算法求解，并用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)。采用二進(jìn)制編碼方式，通過(guò)不停調(diào)節(jié)種群規(guī)模、進(jìn)化代數(shù)、交叉因子和變異因子等參數(shù)，對(duì)目的函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解。重點(diǎn)：掌握二進(jìn)制編碼的編程過(guò)程。二、實(shí)驗(yàn)儀器AcerAspireV5-472G，Windows7旗艦版，64位操作系統(tǒng)Intel(R)Core(TM)i5-3337CPU@1.8GHz1.80GHzMicrosoftVisualC++6.0MicrosoftOfficeExcel三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及環(huán)節(jié)采用實(shí)數(shù)編碼方式優(yōu)化以下測(cè)試函數(shù)：(1)DeJong函數(shù)F1：極小點(diǎn)f1(0,0,0)＝0。(2)DeJong函數(shù)F2：極小點(diǎn)f2(1，1)=0。(3)DeJong函數(shù)F3：對(duì)于區(qū)域內(nèi)的每一種點(diǎn)，它都取全局極小值。規(guī)定：對(duì)每一種測(cè)試函數(shù)，分析不同變異方式（均勻變異、非均勻變異、自適成果）四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)指定Cmax=100，MaxGeneration=100，PopSize=100，Pc=0.7，Pm=0.001。再對(duì)該函數(shù)分別進(jìn)行均勻變異、非均勻變異、自適應(yīng)變異等三種不同變異方式的運(yùn)算成果，成果分別如圖2.1.1、2.1.2、2.1.3所示。圖2.1.1圖2.1.2圖2.1.3根據(jù)運(yùn)算成果，三種編譯過(guò)程均沒(méi)有出現(xiàn)明顯波動(dòng)，即使從圖中不明顯能看出，但通過(guò)觀察數(shù)據(jù)，自適應(yīng)變異更快的達(dá)成最優(yōu)解。(2)指定Cmax=100，MaxGeneration=100，PopSize=100，Pc=0.7，Pm=0.001。再對(duì)該函數(shù)分別進(jìn)行均勻變異、非均勻變異、自適應(yīng)變異等三種不同變異方式的運(yùn)算成果，成果分別如圖2.2.1、2.2.2、2.2.3所示。圖2.2.1圖2.2.2圖2.2.3圖2.3.1根據(jù)運(yùn)算成果，三種編譯過(guò)程均沒(méi)有出現(xiàn)明顯波動(dòng)，從最佳個(gè)體出發(fā)分析，三種變異差別不大；從Average出發(fā)分析，即使從圖中不明顯能看出，但通過(guò)觀察數(shù)據(jù)，自適應(yīng)變異方式更佳。(3)指定Cmax=100，MaxGeneration=100，PopSize=100，Pc=0.7，Pm=0.001。再對(duì)該函數(shù)分別進(jìn)行均勻變異、非均勻變異、自適應(yīng)變異等三種不同變異方式的運(yùn)算成果，成果分別如圖2.3.1、2.3.2、2.3.3所示。圖2.3.2圖2.3.3根據(jù)實(shí)驗(yàn)成果，可能是交叉概率和變異概率選的有問(wèn)題，三種狀況的最佳個(gè)體從一開(kāi)始就是-19，保持不變；并且從均值出發(fā)從圖中也看不出明顯特性。通過(guò)Excel數(shù)據(jù)看出自適應(yīng)變異方式下的運(yùn)行成果相對(duì)較合理，比較靠近最優(yōu)解。

實(shí)驗(yàn)三排列方式編碼優(yōu)化旅行商問(wèn)題一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尼槍?duì)實(shí)際的旅行商問(wèn)題（TravelingSalesmanProblem），試著將它抽象成數(shù)學(xué)模型，并用遺傳算法對(duì)其編程求解，旨在求得最佳的旅行行走路線。二、實(shí)驗(yàn)儀器AcerAspireV5-472G，Windows7旗艦版，64位操作系統(tǒng)Intel(R)Core(TM)i5-3337CPU@1.8GHz1.80GHzMicrosoftVisualC++6.0MicrosoftOfficeExcel三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及環(huán)節(jié)用遺傳算法求解旅行商問(wèn)題（給出若干個(gè)都市，以及任意兩個(gè)都市之間的距離。給定從某一種都市出發(fā)，擬定旅行商行走路線，使得最后回到原點(diǎn)的路線長(zhǎng)度最短），其中都市隨處位置的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)如表3.1所示。序號(hào)橫坐標(biāo)縱坐標(biāo)序號(hào)橫坐標(biāo)縱坐標(biāo)121642016310291249765717215782336017018315192486034619327121511563820443306564390213773357775569222871288651483239573792256024620871102459262581831011821383265504011299151127298361384248628572787144633942941892158454530555855表3.1都市序號(hào)及對(duì)應(yīng)坐標(biāo)位置規(guī)定采用部分映射交叉算子和交換變異算子。分析不同參數(shù)組合對(duì)成果的影響。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告給定Cmax=0，MaxGeneration=800，在此基礎(chǔ)上變化A：Popsize(20、60、100)、B:Pc（0.3、0.6、0.9）、C：Pm（0.1、0.05、0.001）等參數(shù)，設(shè)計(jì)一種3因素3水平的正交實(shí)驗(yàn)，根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。將正交實(shí)驗(yàn)因素和實(shí)驗(yàn)成果整合成一種正交實(shí)驗(yàn)表，如表3.1.1所示。其中P表達(dá)Average，Q代表Best。實(shí)驗(yàn)編號(hào)實(shí)驗(yàn)因素實(shí)驗(yàn)成果ABCP（Mean）Q（Mean）PopsizePcPm1200.30.17553.7627247.2212200.60.057698.2467823.0083200.90.0019816.3179768.8724600.30.058038.2467566.4685600.60.0017532.1257296.7656600.90.18364.6986776.76471000.30.0019182.2