本文所述为C++实现的遗传算法的类文件实例。一般来说遗传算法可以解决许多问题,希望本文所述的C++遗传算法类文件,可帮助你解决更多问题,并且代码中为了便于读者更好的理解,而加入了丰富的注释内容,是新手学习遗传算法不可多得的参考代码。

具体代码如下所示:

#include "stdafx.h"

#include

#include

#include

#include

#include//把日期和时间转换为字符串

using namespace std;

//Parametes setting

#define POPSIZE 200 //population size

#define MAXGENS 1000 //max number of generation

#define NVARS 2 //no of problem variables

#define PXOVER 0.75 //probalility of crossover

#define PMUTATION 0.15 //probalility of mutation

#define TRUE 1

#define FALSE 0

#define LBOUND 0

#define UBOUND 12

#define STOP 0.001

int generation; //current generation no

int cur_best; //best individual

double diff;

FILE *galog; //an output file

struct genotype

{

double gene[NVARS]; //a string of variables基因变量

double upper[NVARS]; //individual's variables upper bound 基因变量取值上确界

double lower[NVARS]; //individual's batiables lower bound 基因变量取值下确界

double fitness; //individual's fitness个体适应值

double rfitness; //relative fitness个体适应值占种群适应值比例

double cfitness; //curmulation fitness个体适应值的累加比例

};

struct genotype population[POPSIZE+1];

//population 当前种群 population[POPSIZE]用于存放个体最优值并假设最优个体能存活下去

//在某些遗传算法中最优值个体并不一定能够存活下去

struct genotype newpopulation[POPSIZE+1]; //new population replaces the old generation 子种群

/*Declaration of procedures used by the gentic algorithm*/

void initialize(void); //初始化函数

double randval(double,double); //随机函数

double funtion(double x1,double x2); //目标函数

void evaluate(void); //评价函数

void keep_the_best(void); //保留最优个体

void elitist(void); //当前种群与子代种群最优值比较

void select(void);

void crossover(void); //基因重组函数

void swap(double *,double *); //交换函数

void mutate(void); //基因突变函数

double report(void); //数据记录函数

void initialize(void)

{

int i,j;

for(i=0;i

{

for(j=0;j

{

if(!i)

{

population[j].fitness=0;

population[j].rfitness=0;

population[j].cfitness=0;

}

population[j].lower[i]=LBOUND;

population[j].upper[i]=UBOUND;

population[j].gene[i]=randval(population[j].lower[i],population[j].upper[i]);

}

}

}

//***************************************************************************

//Random value generator:generates a value within bounds

//***************************************************************************

double randval(double low,double high)

{

double val;

val=((double)(rand()%10000)/10000)*(high-low)+low;

return val;

}

//目标函数

double funtion(double x,double y)

{

double result1=sqrt(x*x+y*y)+sqrt((x-12)*(x-12)+y*y)+sqrt((x-8)*(x-8)+(y-6)*(y-6));

return result1;

}

//***************************************************************************

//Evaluation function:evaluate the individual's fitness.评价函数给出个体适应值

//Each time the function is changes,the code has to be recompl

//***************************************************************************

void evaluate(void)

{

int mem;

int i;

double x[NVARS];

for(mem=0;mem

{

for(i=0;i

x[i]=population[mem].gene[i];

population[mem].fitness=funtion(x[0],x[1]);//将目标函数值作为适应值

}

}

//***************************************************************************************

//Keep_the_best function:This function keeps track of the best member of the population.

//找出种群中的个体最优值并将其移动到最后

//***************************************************************************************

void keep_the_best()

{

int mem;

int i;

cur_best=0;

for(mem=0;mem

{

if(population[mem].fitness

{

cur_best=mem;

}

}

//将最优个体复制至population[POSIZE]

if(population[cur_best].fitness<=population[POPSIZE].fitness||population[POPSIZE].fitness<1)//防止出现种群基因退化 故保留历史最优个体

{

population[POPSIZE].fitness=population[cur_best].fitness;

for(i=0;i

population[POPSIZE].gene[i]=population[cur_best].gene[i];

}

}

//***************************************************************************

//last in the array.If the best individual from the new populatin is better

//than the best individual from the previous population ,then copy the best

//from the new population;else replace the worst individual from the current

//population with the best one from the previous generation.防止种群最优值退化

//***************************************************************************

void elitist()

{

int i;

double best,worst;//适应值

int best_mem,worst_mem;//序号

best_mem=worst_mem=0;

best=population[best_mem].fitness;//最高适应值初始化

worst=population[worst_mem].fitness;//最低适应值初始化

for(i=1;i

{

if(population[i].fitness

{

best=population[i].fitness;

best_mem=i;

}

if(population[i].fitness>worst)

{

worst=population[i].fitness;

worst_mem=i;

}

}

if(best<=population[POPSIZE].fitness)//赋值

{

for(i=0;i

population[POPSIZE].gene[i]=population[best_mem].gene[i];

population[POPSIZE].fitness=population[best_mem].fitness;

}

else

{

for(i=0;i

population[worst_mem].gene[i]=population[POPSIZE].gene[i];

population[worst_mem].fitness=population[POPSIZE].fitness;

}

}

//***************************************************************************

//Select function:Standard proportional selection for maximization problems

//incorporating elitist model--makes sure that the best member survives.筛选函数并产生子代

//***************************************************************************

void select(void)

{

int mem,i,j;

double sum=0;

double p;

for(mem=0;mem

{

sum+=population[mem].fitness;

}

for(mem=0;mem

{

population[mem].rfitness=population[mem].fitness/sum;//个人认为还不如建一个种群类 把sum看成类成员

}

population[0].cfitness=population[0].rfitness;

for(mem=1;mem

{

population[mem].cfitness=population[mem-1].cfitness+population[mem].rfitness;

}

for(i=0;i

{

p=rand()%1000/1000.0;

if(p

{

newpopulation[i]=population[0];

}

else

{

for(j=0;j

if(p>=population[j].cfitness&&p

newpopulation[i]=population[j+1];

}

}

for(i=0;i

population[i]=newpopulation[i];

}

//***************************************************************************

//Crossover:performs crossover of the selected parents.

//***************************************************************************

void Xover(int one,int two)//基因重组函数

{

int i;

int point;

if(NVARS>1)

{

if(NVARS==2)

point=1;

else

point=(rand()%(NVARS-1))+1;//两个都重组吗?

for(i=0;i

swap(&population[one].gene[i],&population[two].gene[i]);

}

}

//***************************************************************************

//Swapp: a swap procedure the helps in swappling 2 variables

//***************************************************************************

void swap(double *x,double *y)

{

double temp;

temp=*x;

*x=*y;

*y=temp;

}

//***************************************************************************

//Crossover function:select two parents that take part in the crossover.

//Implements a single point corssover.杂交函数

//***************************************************************************

void crossover(void)

{

int mem,one;

int first=0;

double x;

for(mem=0;mem

{

x=rand()%1000/1000.0;

if(x

{

++first;

if(first%2==0)//选择杂交的个体对 杂交有待改进 事实上往往是强者与强者杂交 这里没有考虑雌雄与杂交对象的选择

Xover(one,mem);

else

one=mem;

}

}

}

//***************************************************************************

//Mutation function:Random uniform mutation.a variable selected for mutation

//变异函数 事实基因的变异往往具有某种局部性

//is replaced by a random value between lower and upper bounds of the variables.

//***************************************************************************

void mutate(void)

{

int i,j;

double lbound,hbound;

double x;

for(i=0;i

for(j=0;j

{

x=rand()%1000/1000.0;

if(x

{

lbound=population[i].lower[j];

hbound=population[i].upper[j];

population[i].gene[j]=randval(lbound,hbound);

}

}

}

//***************************************************************************

//Report function:Reports progress of the simulation.

//***************************************************************************

double report(void)

{

int i;

double best_val;//种群内最优适应值

double avg;//平均个体适应值

//double stddev;

double sum_square;//种群内个体适应值平方和

//double square_sum;

double sum;//种群适应值

sum=0.0;

sum_square=0.0;

for(i=0;i

{

sum+=population[i].fitness;

sum_square+=population[i].fitness*population[i].fitness;

}

avg=sum/(double)POPSIZE;

//square_sum=avg*avg*(double)POPSIZE;

//stddev=sqrt((sum_square-square_sum)/(POPSIZE-1));

best_val=population[POPSIZE].fitness;

fprintf(galog,"%6d %6.3f %6.3f %6.3f %6.3f %6.3f\n",generation,best_val,population[POPSIZE].gene[0],population[POPSIZE].gene[1],avg,sum);

return avg;

}

//***************************************************************************

//main function:Each generation involves selecting the best members,performing

//crossover & mutation and then evaluating the resulting population,until the

//terminating condition is satisfied.

//***************************************************************************

void main(void)

{

int i;

double temp;

double temp1;

if((galog=fopen("data.txt","w"))==NULL)

{

exit(1);

}

generation=1;

srand(time(NULL));//产生随机数

fprintf(galog,"number value x1 x2 avg sum_value\n");

printf("generation best average standard\n");

initialize();

evaluate();

keep_the_best();

temp=report();//记录,暂存上一代个体平均适应值

do

{

select();//筛选

crossover();//杂交

mutate();//变异

evaluate();//评价

keep_the_best();//elitist();

temp1=report();

diff=fabs(temp-temp1);//求浮点数x的绝对值

temp=temp1;

generation++;

}while(generation=STOP);

//fprintf(galog,"\n\n Simulation completed\n");

//fprintf(galog,"\n Best member:\n");

printf("\nBest member:\ngeneration:%d\n",generation);

for(i=0;i

{

//fprintf(galog,"\n var(%d)=%3.3f",i,population[POPSIZE].gene[i]);

printf("X%d=%3.3f\n",i,population[POPSIZE].gene[i]);

}

//fprintf(galog,"\n\n Best fitness=%3.3f",population[POPSIZE].fitness);

fclose(galog);

printf("\nBest fitness=%3.3f\n",population[POPSIZE].fitness);

}

感兴趣的读者可以动手测试一下代码,希望对大家学习C++算法能有所帮助。

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