python中遗传算法的示例分析-创新互联

这篇文章主要介绍了python中遗传算法的示例分析，具有一定借鉴价值，感兴趣的朋友可以参考下，希望大家阅读完这篇文章之后大有收获，下面让小编带着大家一起了解一下。

具体内容如下

1、基本概念

2、主要步骤

流程图如下所示：

3、主要操作介绍

3.1 种群初始化

n个决策变量{x1,x2,…,xn}。每个决策变量有取值范围:下界{L1,L2,…,Ln}和上界{U1,U2,…,Un}，则种群中个体的初始化即随机地在决策变量的取值范围内生成各个决策变量的值：Xj={x1,x2,...,xn}，其中xi属于范围(Li，Ui)内。所有的个体即构成种群。当每个个体都初始化后，即种群完成初始化。

3.2 评价种群

population有popsize个个体。依次计算每个个体的适应度值及评价种群。

3.3 选择操作

P(Xj) = fit(Xj)/(fit(X1)+fit(X2)+fit(X3)+fit(X4)),j=1,2,3,4

3.4 交叉操作

3.5 变异操作

符号变异：

4、Python代码

#-*- coding:utf-8 -*- 
 
import random 
import math 
from operator import itemgetter 
 
class Gene: 
 ''''' 
 This is a class to represent individual(Gene) in GA algorithom 
 each object of this class have two attribute: data, size 
 ''' 
 def __init__(self,**data): 
  self.__dict__.update(data)   
  self.size = len(data['data'])#length of gene 
         
   
class GA: 
 ''''' 
 This is a class of GA algorithm. 
 ''' 
 def __init__(self,parameter): 
  ''''' 
  Initialize the pop of GA algorithom and evaluate the pop by computing its' fitness value . 
  The data structure of pop is composed of several individuals which has the form like that: 
   
  {'Gene':a object of class Gene, 'fitness': 1.02(for example)} 
 
  Representation of Gene is a list: [b s0 u0 sita0 s1 u1 sita1 s2 u2 sita2] 
   
  ''' 
  #parameter = [CXPB, MUTPB, NGEN, popsize, low, up] 
  self.parameter = parameter 
 
  low = self.parameter[4] 
  up = self.parameter[5] 
   
  self.bound = [] 
  self.bound.append(low) 
  self.bound.append(up) 
   
  pop = [] 
  for i in range(self.parameter[3]): 
   geneinfo = [] 
   for pos in range(len(low)): 
    geneinfo.append(random.uniform(self.bound[0][pos], self.bound[1][pos]))#initialise popluation 
     
   fitness = evaluate(geneinfo)#evaluate each chromosome 
   pop.append({'Gene':Gene(data = geneinfo), 'fitness':fitness})#store the chromosome and its fitness 
    
  self.pop = pop 
  self.bestindividual = self.selectBest(self.pop)#store the best chromosome in the population 
   
 def selectBest(self, pop): 
  ''''' 
  select the best individual from pop 
  ''' 
  s_inds = sorted(pop, key = itemgetter("fitness"), reverse = False) 
  return s_inds[0] 
   
 def selection(self, individuals, k): 
  ''''' 
  select two individuals from pop 
  ''' 
  s_inds = sorted(individuals, key = itemgetter("fitness"), reverse=True)#sort the pop by the reference of 1/fitness 
  sum_fits = sum(1/ind['fitness'] for ind in individuals) #sum up the 1/fitness of the whole pop 
   
  chosen = [] 
  for i in xrange(k): 
   u = random.random() * sum_fits#randomly produce a num in the range of [0, sum_fits] 
   sum_ = 0 
   for ind in s_inds: 
    sum_ += 1/ind['fitness']#sum up the 1/fitness 
    if sum_ > u: 
     #when the sum of 1/fitness is bigger than u, choose the one, which means u is in the range of [sum(1,2,...,n-1),sum(1,2,...,n)] and is time to choose the one ,namely n-th individual in the pop 
     chosen.append(ind) 
     break 
   
  return chosen  
 
 
 def crossoperate(self, offspring): 
  ''''' 
  cross operation 
  ''' 
  dim = len(offspring[0]['Gene'].data) 
 
  geninfo1 = offspring[0]['Gene'].data#Gene's data of first offspring chosen from the selected pop 
  geninfo2 = offspring[1]['Gene'].data#Gene's data of second offspring chosen from the selected pop 
   
  pos1 = random.randrange(1,dim)#select a position in the range from 0 to dim-1, 
  pos2 = random.randrange(1,dim) 
 
  newoff = Gene(data = [])#offspring produced by cross operation 
  temp = [] 
  for i in range(dim): 
   if (i >= min(pos1,pos2) and i <= max(pos1,pos2)): 
    temp.append(geninfo2[i]) 
    #the gene data of offspring produced by cross operation is from the second offspring in the range [min(pos1,pos2),max(pos1,pos2)] 
   else: 
    temp.append(geninfo1[i]) 
    #the gene data of offspring produced by cross operation is from the frist offspring in the range [min(pos1,pos2),max(pos1,pos2)] 
  newoff.data = temp 
   
  return newoff 
 
 
 def mutation(self, crossoff, bound): 
  ''''' 
  mutation operation 
  ''' 
   
  dim = len(crossoff.data) 
 
  pos = random.randrange(1,dim)#chose a position in crossoff to perform mutation. 
 
  crossoff.data[pos] = random.uniform(bound[0][pos],bound[1][pos]) 
  return crossoff 
  
 def GA_main(self): 
  ''''' 
  main frame work of GA 
  ''' 
   
  popsize = self.parameter[3] 
   
  print("Start of evolution") 
   
  # Begin the evolution 
  for g in range(NGEN): 
    
   print("-- Generation %i --" % g)  
      
   #Apply selection based on their converted fitness 
   selectpop = self.selection(self.pop, popsize)  
 
   nextoff = []  
   while len(nextoff) != popsize:  
    # Apply crossover and mutation on the offspring    
         
    # Select two individuals 
    offspring = [random.choice(selectpop) for i in xrange(2)] 
     
    if random.random() < CXPB: # cross two individuals with probability CXPB 
     crossoff = self.crossoperate(offspring) 
     fit_crossoff = evaluate(self.xydata, crossoff.data)# Evaluate the individuals    
      
     if random.random() < MUTPB: # mutate an individual with probability MUTPB 
      muteoff = self.mutation(crossoff,self.bound) 
      fit_muteoff = evaluate(self.xydata, muteoff.data)# Evaluate the individuals 
      nextoff.append({'Gene':muteoff,'fitness':fit_muteoff}) 
       
   # The population is entirely replaced by the offspring 
   self.pop = nextoff 
    
   # Gather all the fitnesses in one list and print the stats 
   fits = [ind['fitness'] for ind in self.pop] 
     
   length = len(self.pop) 
   mean = sum(fits) / length 
   sum2 = sum(x*x for x in fits) 
   std = abs(sum2 / length - mean**2)**0.5 
   best_ind = self.selectBest(self.pop) 
 
   if best_ind['fitness'] < self.bestindividual['fitness']: 
    self.bestindividual = best_ind 
 
   print("Best individual found is %s, %s" % (self.bestindividual['Gene'].data,self.bestindividual['fitness'])) 
   print(" Min fitness of current pop: %s" % min(fits)) 
   print(" Max fitness of current pop: %s" % max(fits)) 
   print(" Avg fitness of current pop: %s" % mean) 
   print(" Std of currrent pop: %s" % std) 
   
  print("-- End of (successful) evolution --")  
 
if __name__ == "__main__": 
 
 CXPB, MUTPB, NGEN, popsize = 0.8, 0.3, 50, 100#control parameters 
  
 up = [64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64, 64]#upper range for variables 
 low = [-64, -64, -64, -64, -64, -64, -64, -64, -64, -64]#lower range for variables 
 parameter = [CXPB, MUTPB, NGEN, popsize, low, up] 
  
 run = GA(parameter) 
 run.GA_main()

感谢你能够认真阅读完这篇文章，希望小编分享的“python中遗传算法的示例分析”这篇文章对大家有帮助，同时也希望大家多多支持创新互联，关注创新互联行业资讯频道，更多相关知识等着你来学习!