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遗传算法动态寻优

摘要

遗传算法作为一种近代最优化方法，广泛地用于计算科学、模式识别和智能故障诊断等方面，它适用于解决复杂的非线性和多维空间寻优问题，近年来也得到了较为广阔的应用。本文介绍了遗传算法基本原理并且对测试函数进行了遗传算法的matlab仿真。

关键词：遗传算法最优化

1.引言

遗传算法（Genetic Algorithm）是一类借鉴生物界的进化规律（适者生存，优胜劣汰遗传机制）演化而来的随机化搜索方法。它是由美国的J.Holland教授1975年首先提出，其主要特点是直接对结构对象进行操作，不存在求导和函数连续性的限定；具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力；采用概率化的寻优方法，能自动获取和指导优化的搜索空间，自适应地调整搜索方向，不需要确定的规则。遗传算法的这些性质，已被人们广泛地应用于组合优化、机器学习、信号处理、自适应控制和人工生命等领域。它是现代有关智能计算中的关键技术。

2.遗传算法过程

遗传算法的基本流程：

●初始化：设置进化代数计数器t=0，设置最大进化代数T，随机生成M

个个体作为初始群体P(0)。

●个体评价：计算群体P(t)中各个个体的适应度。

●选择运算:将选择算子作用于群体。选择的目的是把优化的个体直接遗传

到下一代或通过配对交叉产生新的个体再遗传到下一代。选择操作是建

立在群体中个体的适应度评估基础上的。

●交叉运算：将交叉算子作用于群体。遗传算法中起核心作用的就是交叉

算子。

●变异运算：将变异算子作用于群体。即是对群体中的个体串的某些基因

座上的基因值作变动。

●群体P(t)经过选择、交叉、变异运算之后得到下一代群体P(t+1)。

●终止条件判断:若t=T,则以进化过程中所得到的具有最大适应度个体作为

最优解输出，终止计算。

遗传算法流程图

遗传算法的关键在于迭代过程中的选择，交叉，变异。

◆选择

选择是用来确定交叉个体，以及被选个体将产生多少个子代个体。其主要思想是个体的复制概率正比于其适应值，但按比例选择不一定能达到好的效果。选择操作从早期的轮盘赌选择发展到现在有最佳个体保存法、排序选择法、联赛选择法、随机遍历抽样法、局部选择法、柔性分段复制、稳态复制、最优串复制、最优串保留等。

◆交叉

交叉是指把两个父代个体的部分结构加以替换重组而生成新个体的操作，其作用是组合出新的个体，在空间进行有效搜索，同时降低对有效模式的破坏概率。各种交叉算子均包含两个基本内容：确定交叉点的位置和进行部分基因的交换。

常用的交叉操作方法有单点交叉、双点交叉、一致交叉、均匀交叉、算术交叉、二维交叉、树结构交叉、部分匹配交叉、顺序交叉和周期交叉等等。

变异

变异是指将个体中的某些基因值用其它基因值来替换,形成一个新的个体。遗传算法中的变异运算是产生新个体的辅助方法，其目的是使遗传算法具有局部的随机搜索能力和保持群体的多样性。变异算法包括确定变异点的位置和进行基因值替换。常见的变异算子有基本位变异、均匀变异、高斯变异、二元变异、逆转变异、自适应变异等。

3.测试

对

f函数进行最优化处理：

其中n=6，k依次取0,0.1,0.2,0.3,0.5,1，每次的最后种群作为下一次的初始种群

流程如下：

第一步：初始化参数：设定进化代数为200代，种群规模为100，交叉概率为0.85，变异概率为0.001；

第二步：产生初始化群体：产生随机初始种群数，将k=0的最后种群作为k=0.1的初始化种群，将k=0.1的最后种群作为k=0.3的初始化种群，将k=0.3的最后种群作为k=0.5的初始化种群，将k=0.5的最后种群作为k=1的初始化种群。选择初始种群后计算每个个体的适应度，平均适应度，最有适应度，这里的适应度即为函数值，最优为最小的；

第三步：进化开始：选择个体进行后面的交叉和变异，选择方法为转种群规模次轮盘，随机选择种群规模个个体序号，选择的序号可能重复即后面可能发生同一个体与不同个体交叉；

第四步：交叉：每个被选序号进行交叉判定，先判定其交叉概率，发生交叉事件后，采用比例交叉法，即随机生成一个pick范围（0~1），选择x1个体的x1（pos）项与x2个体的x2（pos）项进行等比例交叉，x1（pos）=pick*x1 （pos）+（1-pick）*x2（pos），其中pos为随机序号，x2的交叉同理；

第五步：变异：变异概率取为0.001，每个个体进行变异判定，变异事件发生后，随机选择变异的项进行编译算法；

第六步：计算种群中每个个体的适应度值，选出最优个体，并与之前的最优个体进行比较并判断是否替换，并把最优个体替换最差个体进行下一次迭代；

第七步：重复第一步直到迭代次数达到要求次数。

当n=2，时k=[0 0.1 0.2 0.3 0.5 1]时的三维图

N=6时收敛图

4.总结

本文分析了遗传算法的基本流程，并且在matlab上进行了仿真测试，对测试函数使用遗传算法进行了求极小值运算。传统的函数优化方法都是以梯度为基础的，其中有部分最优化方法还需要进行求导运算，对于简单的函数传统的优化方法可以达到最优。然而对于很多复杂的最优化问题，特别是理论研究或工程应用的实际问题，目标函数往往很复杂，很难找出一种普遍的方法进行最优求解，其局部极值的求解也很困难，传统的最优化方法很难使用与此类问题。而遗传算法能够使用较为通用的方法解决此类问题，当遇到工程或科研的最优化问题，而又很难求解时，遗传算法可以给人一种新的解决思路。

案例18：基于鱼群算法的函数寻优算法

【注】原帖网址:https://www.wendangku.net/doc/9311093303.html,/thread-9222-1-1.html My Email：hehaiwanghui@https://www.wendangku.net/doc/9311093303.html, 案例18：基于鱼群算法的函数寻优算法 * ********************************************************************************** 论坛申明： 1 案例为原创案例，论坛拥有帖子的版权，转载请注明出处（MATLABSKY论坛，《MATLAB智能算法30个案例分析》 2 案例内容为书籍原创内容，内容为案例的提纲和主要内容。 3 作者长期驻扎在板块，对读者和会员问题有问必答。 4 案例配套有教学视频和完整的MATLAB程序，MATLAB程序在购买书籍后可以自由下载，教学视频需要另外购买。 MATLAB书籍预定方法和优惠服务：https://www.wendangku.net/doc/9311093303.html,/thread-9258-1-1.html 点击这里，预览该案例程序： https://www.wendangku.net/doc/9311093303.html,/znsf/view/s18/example1.html https://www.wendangku.net/doc/9311093303.html,/znsf/view/s18/example2.html 已经预定的朋友点此下载程序源代码：https://www.wendangku.net/doc/9311093303.html,/thread-9395-1-1.html * ********************************************************************************* * 1、人工鱼群算法原理人工鱼群算法是李晓磊等人于2002年提出的一类基于动物行为的群体智能优化算法．该算法是通过模拟鱼类的觅食、聚群、追尾、随机等行为在搜索域中进行寻优，是集群体智能思想的一个具体应用．生物的视觉是极其复杂的，它能快速感知大量的空间事物，这对于任何仪器和程序都是难以与之相比的，为了实施的简便和有效，在鱼群模式中应用了如下的方法来实现虚拟人工鱼的视觉：如图5.1所示，一虚拟人工鱼实体的当前位置为，它的视野范围为，位置为其在某时刻的视点所在的位置，如果该位置的食物浓度高于当前位置，则考虑向该位置方向前进一步，即到达位置；如果位置不比当前位置食物浓度更高，则继续巡视视野内的其他位置。巡视的次数越多，则对视野内的状态了解更全面，从而对周围的环境有一个全方面立体的认知，这有助于做出相应的判断和决策，当然，对于状态多或无限状态的环境也不必全部遍历，允许一定的不确定性对于摆脱局部最优，从而寻找全局最优是有帮助的。

遗传算法用于函数优化

遗传算法用于函数优化求解一、实验目的本实验要求在掌握遗传算法的基本思想、原理和算法流程的基础上，能够针对指定的单变量优化目标函数，设计相应的遗传算法优化程序，并求得全局最优解。二、实验要求针对目标函数 2 1(1),[0,2]y x x =--∈，设计利用遗传算法进行优化求解的程序，绘制迭代过程中最优解的变化情况，并分别改变算法中的编码位数、种群规模、交叉和变异概率，分析这些变量对算法精度及收敛性的影响。三、实验步骤 1、初始化种群，确定种群规模M=20，编码位数n=5 和编码机制(二进制编码)；初始化种群：E = round(rand(M,n))；每个编码对应的二进制数值： (1) 2i i i y y -=?∑ i y 为第i 位二进制代码；二进制数y 转换为十进制数x ： max min min *21n x x x y x -= +-； 2、根据给定的目标函数，计算各个种群的适应度值； 3、采用轮盘选择法对种群进行选择复制； 4、设定交叉概率为0.9，进行遗传操作（交叉）； 5、设定变异概率0.05，进行遗传操作（变异）； 6、产生下一代种群，与终止条件比较，不满足返回到步骤2直到满足条件退出。算法的流程如图7.1所示。

N Y 结束输出结果迭代次数达上限？开始初始化种群（编码）计算适应度函数交叉、变异选择、复制达到系统指标？图7.1 算法流程图四、实验结果及分析我们采用遗传算法来寻求目标函数的最大值。初始化样本个数为20个，编码位数为5位，采用二进制编码，交叉概率为0.9，变异概率为0.05，最大迭代次数为1000次，初始样本随机选择，当父代与子代间适应度变化小于0.001时，达到系统指标。MATLAB 模拟运行输出迭代种群的平均适应度变化、种群的最优解与最差解，绘出图像（见图1），计算运行时间的平均值（见表1），由表可知，平均运行时间约为0.65秒左右，速度较快。由图可知，前期平均适应度是不断上升的，到达一定程度后即平均适应度在0.9以上后，就基本处于波动平衡状态。

动态路径优化算法及相关技术

》本文对在GIS（地理信息系统）环境下求解动态路径优化算法及相关技术进行了研究。最短路径问题是网络分析中的基本的问题，它作为许多领域中选择最优值的一个基本却又是一个十分重要的问题。特别是在交通诱导系统中占有重要地位。本文分析了GIS环境下动态路径优化算法的特点，对GIS环境下城市路网的最优路径选择问题的关键技术进行了研究和验证。》考虑现实世界中随着城市路网规模的日益增大和复杂程度不断增加的情况，充分利用GIS 的特点，探讨了通过限制搜索区域求解最短路径的策略，大大减少了搜索的时间。》另一方面，计算机技术的进步，地理信息系统(GIS)得到了飞速的发展。地理信息系统是采集、存储、管理、检索、分析和描述整个或部分地球表面与空间地理分布数据的空间信息系统。它是一种能把图形管理系统和数据管理系统有机地结合起来的信息技术，既管理对象的位置又管理对象的其它属性，而且位置和其它属性是自动关联的。它最基本的功能是将分散收集到的各种空间、非空间信息输入到计算机中，建立起有相互联系的数据库。当外界情况发生变化时，只要更改局部的数据，就可维持数据库的有效性和现实性[3][4]，GIS为动态路径优化问题的研究提供了良好的环境。目前GIS带动的产业急剧膨胀，已经应用到各个方面。网络分析作为地理信息系统最主要的功能之一，在电子导航、交通旅游、城市规划以及电力、通讯等各种管网、管线的布局设计中发挥了重要的作用[5]。文献[6][7]说明了GIS 在城市道路网中的应用情况。而路网分析中基本问题之一是动态路径优化问题。所谓动态路径，不仅仅指一般地理意义上的距离最短，还可以应用到其他的参数，如时间、费用、流量等。相应的，动态路径问题就成为最快路径问题、最低费用问题等。》GIS因为其强大的数据分析功能、空间分析功能,已被广泛应用于各种系统中与空间信息有密切关系的各个方面.各种在实际中的系统如电力系统，光缆系统涉及到最佳、最短抢修等问题都可以折合到交通网络中来进行分析，故而交通网络中最短路径算法就可以广泛的应用于其它很多的最佳、最短抢修或者报警系统中去[5]。最短路径问题是GIS网络分析功能的应用。最短路径问题可分为单源最短路径问题及所有节点间最短路径问题，其中单源最短路径更具有普遍意义[9]。》2.1地理信息系统的概念地理信息系统（Geographical Information System,简称GIS）是一种将空间位置信息和属性数据结合在一起的系统，是一种为了获取、存储、检索、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统（1998年，美国国家地理信息与分析中心定义）[4]。这里的空间定位数据是指采用不同方式的遥感和非遥感手段所获得的数据，它有多种数据类型，包括地图、遥感、统计数据等，它们的共同特点都有确定的空间位置。地理信息系统的处理对象是空间实体，其处理过程正是依据空间实体的空间位置和空间关系进行的[25]。地理信息系统的外在表现为计算机软硬件系统，其内涵却是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型。当具有一定地理学知识的用户使用地理空间分析非空间分析等处理工具输入输出GIS数据库信息系统时，他所面对的数据不再是毫无意义的，而是把客观世界抽象为模型化的空间数据。用户可以按照应用的目的观测这个现实世界模型的各个方面的内容，取得自然过程的分析和预测的信息，用于管理和决策，这就是地理信息系统的意义。一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统，从视觉、计量和逻辑上对地理系统在功能上进行模拟，信息流动以及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的变换来仿真。地理学家可以在地理信息系统支持下提取地理系统各个不同侧面、不同层次的空间和时间特征，也可以快速地模拟自然过程演变成思维过程的结果，取得地理预测或“实验”的结果，选择优化方案，用于管理与决策[26]。一个完整的GIS主要有四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据（或空间数据）和系统管理操作人员。其核心部分是计算机系统（硬件和软件），地理数据反映

遗传算法优化相关MATLAB算法实现

遗传算法 1、案例背景遗传算法（Genetic Algorithm，GA）是一种进化算法，其基本原理是仿效生物界中的“物竞天择、适者生存”的演化法则。遗传算法的做法是把问题参数编码为染色体，再利用迭代的方式进行选择、交叉以及变异等运算来交换种群中染色体的信息，最终生成符合优化目标的染色体。在遗传算法中，染色体对应的是数据或数组，通常是由一维的串结构数据来表示，串上各个位置对应基因的取值。基因组成的串就是染色体，或者叫基因型个体( Individuals) 。一定数量的个体组成了群体（Population)。群体中个体的数目称为群体大小（Population Size），也叫群体规模。而各个个体对环境的适应程度叫做适应度( Fitness) 。 2、遗传算法中常用函数 1)创建种群函数—crtbp 2)适应度计算函数—ranking 3)选择函数—select 4)交叉算子函数—recombin 5)变异算子函数—mut 6)选择函数—reins 7)实用函数—bs2rv 8)实用函数—rep 3、主程序： 1. 简单一元函数优化： clc clear all close all %% 画出函数图 figure(1); hold on; lb=1;ub=2; %函数自变量范围【1,2】 ezplot('sin(10*pi*X)/X',[lb,ub]); %画出函数曲线 xlabel('自变量/X') ylabel('函数值/Y') %% 定义遗传算法参数 NIND=40; %个体数目 MAXGEN=20; %最大遗传代数 PRECI=20; %变量的二进制位数 GGAP=0.95; %代沟 px=0.7; %交叉概率 pm=0.01; %变异概率

第三章-遗传算法的理论基础

第三章遗传算法的理论基础遗传算法有效性的理论依据为模式定理和积木块假设。模式定理保证了较优的模式(遗传算法的较优解)的样本呈指数级增长，从而满足了寻找最优解的必要条件，即遗传算法存在着寻找到全局最优解的可能性。而积木块假设指出，遗传算法具备寻找到全局最优解的能力，即具有低阶、短距、高平均适应度的模式(积木块)在遗传算子作用下，相互结合，能生成高阶、长距、高平均适应度的模式，最终生成全局最优解。Holland 的模式定理通过计算有用相似性，即模式(Pattern)奠定了遗传算法的数学基础。该定理是遗传算法的主要定理，在一定程度上解释了遗传算法的机理、数学特性以及很强的计算能力等特点。 3.1 模式定理不失一般性，本节以二进制串作为编码方式来讨论模式定理(Pattern Theorem)。定义3.1 基于三值字符集{0，1，*}所产生的能描述具有某些结构相似性的0、1字符串集的字符串称作模式。以长度为5的串为例，模式*0001描述了在位置2、3、4、5具有形式“0001”的所有字符串，即(00001，10001) 。由此可以看出，模式的概念为我们提供了一种简洁的用于描述在某些位置上具有结构相似性的0、1字符串集合的方法。引入模式后，我们看到一个串实际上隐含着多个模式(长度为 n 的串隐含着2n 个模式) ，一个模式可以隐含在多个串中，不同的串之间通过模式而相互联系。遗传算法中串的运算实质上是模式的运算。因此，通过分析模式在遗传操作下的变化，就可以了解什么性质被延续，什么性质被丢弃，从而把握遗传算法的实质，这正是模式定理所揭示的内容定义3.2 模式H 中确定位置的个数称作该模式的阶数，记作o(H)。比如，模式 011*1*的阶数为4，而模式 0* * * * *的阶数为1。显然，一个模式的阶数越高，其样本数就越少，因而确定性越高。定义3.3 模式H 中第一个确定位置和最后一个确定位置之间的距离称作该模式的定义距，记作)(H δ。比如，模式 011*1*的定义距为4，而模式 0* * * * *的定义距为0。模式的阶数和定义距描述了模式的基本性质。下面通过分析遗传算法的三种基本遗传操作对模式的作用来讨论模式定理。令)(t A 表示第t 代中串的群体，以),,2,1)((n j t A j =表示第t 代中第j 个个体串。 1．选择算子在选择算子作用下，与某一模式所匹配的样本数的增减依赖于模式的平均适值，与群体平均适值之比，平均适值高于群体平均适值的将呈指数级增长；而平均适值低于群体平均适值的模式将呈指数级减少。其推导如下：设在第t 代种群)(t A 中模式所能匹配的样本数为m ，记为),(t H m 。在选择中，一个位串 j A 以概率/j j i P f f =∑被选中并进行复制，其中j f 是个体)(t A j 的适应度。假设一代中群体大小为n ，且个体两两互不相同，则模式H 在第1+t 代中的样本数为：

毕业设计--基于量子遗传算法的函数寻优算法设计

毕业论文（设计）题目：基于量子遗传算法的函数寻优算法设计学院：数理与信息学院学生姓名：专业：计算机科学与技术班级：指导教师：起止日期： 2014年11月16日至2015年6月12日 2015 年5 月13日

基于量子遗传算法的函数寻优算法设计摘要量子遗传算法(QGA)是20世纪90年代后期兴起的一种崭新的遗传进化算法。该算法主要是将量子计算的概念引入其中，将量子的态矢量表达引入了遗传编码，使一条染色体可以表达多个信息态的叠加，同时利用量子旋转门实现染色体的演化，实现了目标解的进化。相比传统遗传算法，量子遗传算法能够在较小的种群规模下，快速的收敛到全局最优解。本文首先介绍了量子遗传算法的基本原理与算法结构，然后对量子遗传算法提出疑问。虽然量子遗传算法的优化性能大大优于传统遗传算法，但是，对于一些多峰函数的优化问题，该类算法依旧容易陷入“局部最优”。在实际的应用中有很多优化问题都是多变量的连续优化问题，现有的量子遗传算法不能有效的解决这些问题。针对量子遗传算法容易陷入局部最优和未成熟收敛的缺陷，我们提出了一种新的优化算法——含有退火操作的量子遗传算法，该优化算法能够以可变的概率选择性地接受恶化的优化函数解，使种群解集的进化方向改变，不在依靠当前解进行遗传演化。从而使算法不易“早熟收敛”。而且在该算法中加入了全干扰的量子交叉操作，使各染色体能进行遗传信息的交换，使种群染色体更具有代表性。最后根据改进后的方案，对改进的量子遗传算法进行了数值仿真。有效地证明了改进算法在函数寻优方面的优越性。【关键词】量子遗传算法，量子编码，退火思想，量子交叉，函数寻优

4遗传算法与函数优化

第四章遗传算法与函数优化 4.1 研究函数优化的必要性：首先，对很多实际问题进行数学建模后，可将其抽象为一个数值函数的优化问题。由于问题种类的繁多，影响因素的复杂，这些数学函数会呈现出不同的数学特征。除了在函数是连续、可求导、低阶的简单情况下可解析地求出其最优解外，大部分情况下需要通过数值计算的方法来进行近似优化计算。其次，如何评价一个遗传算法的性能优劣程度一直是一个比较难的问题。这主要是因为现实问题种类繁多，影响因素复杂，若对各种情况都加以考虑进行试算，其计算工作量势必太大。由于纯数值函数优化问题不包含有某一具体应用领域中的专门知识，它们便于不同应用领域中的研究人员能够进行相互理解和相互交流，并且能够较好地反映算法本身所具有的本质特征和实际应用能力。所以人们专门设计了一些具有复杂数学特征的纯数学函数，通过遗传算法对这些函数的优化计算情况来测试各种遗传算法的性能。 4.2 评价遗传算法性能的常用测试函数在设计用于评价遗传算法性能的测试函数时，必须考虑实际应用问题的数学模型中所可能呈现出的各种数学特性，以及可能遇到的各种情况和影响因素。这里所说的数学特性主要包括： ●连续函数或离散函数； ●凹函数或凸函数； ●二次函数或非二次函数； ●低维函数或高维函数； ●确定性函数或随机性函数； ●单峰值函数或多峰值函数，等等。下面是一些在评价遗传算法性能时经常用到的测试函数： (1)De Jong函数F1：这是一个简单的平方和函数，只有一个极小点f1(0, 0, 0)＝0。

(2)De Jong 函数F2：这是一个二维函数，它具有一个全局极小点f 2(1，1) = 0。该函数虽然是单峰值的函数，但它却是病态的，难以进行全局极小化。 (3)De Jong 函数F3：这是一个不连续函数，对于]0.5,12.5[--∈i x 区域内的每一个点，它都取全局极小值 30),,,,(543213-=x x x x x f 。

路径优化的算法

摘要供货小车的路径优化是企业降低成本,提高经济效益的有效手段,供货小车路径优化问题可以看成是一类车辆路径优化问题。本文对供货小车路径优化问题进行研究，提出了一种解决带单行道约束的车辆路径优化问题的方法。首先，建立了供货小车路径优化问题的数学模型，介绍了图论中最短路径的算法—Floyd算法，并考虑单行道的约束，利用该算法求得任意两点间最短距离以及到达路径，从而将问题转化为TSP问题，利用遗传算法得到带单行道约束下的优化送货路线，并且以柳州市某区域道路为实验，然后仿真，结果表明该方法能得到较好的优化效果。最后对基本遗传算法采用优先策略进行改进，再对同一个供货小车路径网进行实验仿真，分析仿真结果，表明改进遗传算法比基本遗传算法能比较快地得到令人满意的优化效果。关键字:路径优化遗传算法 Floyd算法

Abstract The Path Optimization of Goods Supply Car is the effective way to reduce business costs and enhance economic efficiency.The problem of the Path Optimization of Goods Supply Car can be seen as Vehicle routing proble. This paper presents a solution to Vehicle routing proble with Single direction road by Researching the Way of Path Optimization of Goods Supply Car. First, This paper Establish the mathematics model of Vehicle routing proble and introduced the shortest path algorithm-Floyd algorithm, then taking the Single direction road into account at the same time. Seeking the shortest distance between any two points and landing path by this algorithm,then turn this problem in to TSP. Solving this problem can get the Optimize delivery routes which with Single direction road by GA,then take some district in the state City of LiuZhou road as an example start experiment.The Imitate the true result showed that this method can be better optimize results. Finally improving the basic GA with a priority strategy,then proceed to imitate the true experiment to the same Path diagram. The result expresses the improvement the heredity calculate way ratio the basic heredity calculate way can get quickly give satisfaction of excellent turn the result. Keyword: Path Optimization genetic algorithm Floyd algorithm

约束条件下多变量函数的寻优方法

第十章约束条件下多变量函数的寻优方法 ●将非线性规划→线性规划 ●将约束问题→无约束问题 ●将复杂问题→较简单问题 10．1约束极值问题的最优性条件非线性规划：min f(X) h i(X)=0 (i=1,2,…,m) (10.1.1) g j(X)≥0 (j=1,2,…,l) 一、基本概念 1．起作用约束设X(1)是问题(10.1.1)的可行点。对某g j(X)≥0而言：或g j(X(1))=0：X(1)在该约束形成的可行域边界上。该约束称为X(1)点的起作用约束。或g j(X(1))＞0：X(1)不在该约束形成的可行域边界上。该约束称为X(1)点的不起作用约束。 X(1)点的起作用约束对X(1)点的微小摄动有某种限制作用。等式约束对所有可行点都是起作用约束。

() θcos ab b a =? 2．正则点对问题(10.1.1)，若可行点X (1)处，各起作用约束的梯度线性无关，则X (1)是约束条件的一个正则点。 3．可行方向（对约束函数而言）用R 表示问题(10.1.1)的可行域。设X (1)是一个可行点。对某方向D 来说，若存在实数λ1>0，使对于任意λ(0<λ<λ1)均有X (1)+λD ∈R ，则称D 是点X (1)处的一个可行方向。经推导可知，只要方向D 满足： ▽g j (X (1))T D>0 (j ∈J ) (10.1.3) 即可保证它是点X (1)的可行方向。J 是X (1)点起作用约束下标的集合。在X (1)点，可行方向D 与各起作用约束的梯度方向的夹角为锐角。 4．下降方向（对目标函数而言）设X (1)是问题(10.1.1)的一个可行点。对X (1)的任一方向D 来说，若存在实数λ1>0，使对于任意λ(0<λ<λ1)均有f(X (1)+λD)

遗传算法详解 ( 含 M A T L A B 代码 )

GATBX遗传算法工具箱函数及实例讲解基本原理：遗传算法是一种典型的启发式算法，属于非数值算法范畴。它是模拟达尔文的自然选择学说和自然界的生物进化过程的一种计算模型。它是采用简单的编码技术来表示各种复杂的结构，并通过对一组编码表示进行简单的遗传操作和优胜劣汰的自然选择来指导学习和确定搜索的方向。遗传算法的操作对象是一群二进制串（称为染色体、个体），即种群，每一个染色体都对应问题的一个解。从初始种群出发，采用基于适应度函数的选择策略在当前种群中选择个体，使用杂交和变异来产生下一代种群。如此模仿生命的进化进行不断演化，直到满足期望的终止条件。运算流程： Step 1：对遗传算法的运行参数进行赋值。参数包括种群规模、变量个数、交叉概率、变异概率以及遗传运算的终止进化代数。 Step 2：建立区域描述器。根据轨道交通与常规公交运营协调模型的求解变量的约束条件，设置变量的取值范围。 Step 3：在Step 2的变量取值范围内，随机产生初始群体，代入适应度函数计算其适应度值。 Step 4：执行比例选择算子进行选择操作。 Step 5：按交叉概率对交叉算子执行交叉操作。

Step 6：按变异概率执行离散变异操作。 Step 7：计算Step 6得到局部最优解中每个个体的适应值，并执行最优个体保存策略。 Step 8：判断是否满足遗传运算的终止进化代数，不满足则返回Step 4，满足则输出运算结果。运用遗传算法工具箱: 运用基于Matlab的遗传算法工具箱非常方便，遗传算法工具箱里包括了我们需要的各种函数库。目前，基于Matlab的遗传算法工具箱也很多，比较流行的有英国设菲尔德大学开发的遗传算法工具箱GATBX、GAOT以及Math Works公司推出的GADS。实际上，GADS就是大家所看到的Matlab中自带的工具箱。我在网上看到有问为什么遗传算法函数不能调用的问题，其实，主要就是因为用的工具箱不同。因为，有些人用的是GATBX带有的函数，但MATLAB自带的遗传算法工具箱是GADS，GADS当然没有GATBX里的函数，因此运行程序时会报错，当你用MATLAB来编写遗传算法代码时，要根据你所安装的工具箱来编写代码。以GATBX为例，运用GATBX时，要将GATBX解压到Matlab下的toolbox文件夹里，同时，set path将GATBX文件夹加入到路径当中。这块内容主要包括两方面工作：1、将模型用程序写出来（.M文件），即目标函数，若目标函数非负，即可直接将目标函数作为适应度函数。2、设置遗传算法的运行参数。包括：种群规模、变量个数、区域描述器、交叉概率、变异概率以及遗传运算的终止进化代数等等。

粒子群寻优算法及案例说明

《智能优化算法》作业之粒子群算法寻优 PSO 算法首先在可行解空间中初始化一群粒子，每个粒子都代表极值优化问题的一个潜在最优解，用位置、速度和适应度值三项指标表示该粒子特征，适应度值由适应度函数计算得到，其值的好坏表示粒子的优劣。PSO 算法初始化为一群随机粒子后，会得到相应的随机解，然后通过迭代找到最优解。在每一次迭代中，粒子通过跟踪两个极值来更新自己：第一个就是粒子本身所找到的最优解，这个解称为个体极值;另一个就是整个种群目前找到的最优解，这个极值是全局极值。在每次迭代过程中，粒子通过个体极值和群体极值更新自身的速度和位置，即 111()()k k k k k k id id id id gd id V wV c r P X cr P X +=+-+- （1） 11k k k id id id X X V ++=+ （2）其中，w 为惯性权重，d 为空间维数，1,2,,;1,2,,;d D i n == k 为当前迭代次数；id V 为粒子的速度；1c 和2c 是非负的常数，称为加速度因子；1r 和2r 是分布于[0,1] 区间的随机数。为防止粒子的盲目搜索，一般建议将其位置和速度限制在一定的区间max max [,]X X - ， max max [,]V V -。在速度更新的公式（1）中有三部分组成：第一部分为惯性或动量部分，反映了粒子运动习惯，代表粒子有维持自己先前速度的趋势；第二部分为认知部分，反映了粒子对自身历史经验的记忆或回忆，代表粒子有向自身历史最佳位置逼近的趋势；第三部分为社会部分，反映了粒子间协同合作与知识共享的群体历史经验，代表粒子有向群体或邻域历史最佳位置逼近的趋势。惯性权重，它使粒子保持运动惯性，使其扩展搜索空间的趋势，有能力搜索新的区域。它可以取一常数作为固定的权重值，也可以取一个函数作为在迭代过程中改变的权重值，通常用线性递减的惯性权重。在算法初期，全局搜索能力较强，如果找不到最优值的位置，随着权重值的减少，局部搜索能力加强，容易陷入局部极值，然而选取步长较小的线性递减惯性权重，权重的变化幅度较小，不易陷入局部最优。关于步长的大小变化对结果的影响可以在后面的程序结果中比较得到 PSO 算法的优势是采用实数编码，不需要像遗传算法一样采用二进制编码。下面用PSO 算法来寻找非线性函数 22()10cos(2)10cos(2)20f x x y x y ππ=+--+ 的极小值一、适应度函数代码如下： function y = fun(x) %函数用于计算粒子适应度值 %x input 输入粒子 %y output 粒子适应度值 y=x(1).^2+x(2).^2-10*cos(2*pi*x(1))-10*cos(2*pi*x(2))+20; %适应度函数取的是函数本身。二、画出所求函数图像，估计最优极值及其位置，以此来验证所求结果的准确性 clear,clc,close all; %% rastrigrin function [x,y]=meshgrid(-5:0.1:5,-5:0.1:5); z=x.^2+y.^2-10*cos(2*pi*x)-10*cos(2*pi*y)+20; mesh(x,y,z)

基于改进遗传算法的连续函数优化

基于改进遗传算法的连续函数优化摘要：为了进一步避免连续函数优化过程中的“早熟收敛”和“搜索迟钝”，在简单遗传算法基础上提出了划分寻优区间、基于排序和最佳保留的轮盘赌选择算子，可以用来提高遗传算法的运行效率和收敛速度，达到了既能够选出最好个体又能够保证种群多样性的效果；同时采用择优交叉算子和二元变异算子，这样既保证了种群的收敛性，又可在陷入局部最优时为种群引入新基因。仿真实验表明，与简单遗传算法相比，改进后的遗传算法能有效地提高遗传算法的收敛速度和避免陷入局部最优。关键词：遗传算法；轮盘赌选择算子；最佳保留；择优交叉；连续函数优化遗传算法（geneticalgorithm简称GA）是近年来迅速发展起来的一种全新的随机搜索与优化算法。其基本思想是基于Darwin的进化论和mendel的遗传学说。遗传算法最早由美国holand教授提出。遗传算法提供了一种求解复杂系统优化问题的通用框架，可以不用依赖于问题的具体领域，对解决问题的种类有很强的鲁棒性，所以应用广泛，其中函数优化是遗传算法的经典应用领域。但是在算法的具体实施过程中，经常遇到诸如收敛速度慢和早熟等问题，这使得在计算中需要很长时间才能找到最优解，而且很容易陷入局部极值。本文对简单遗传算法加以改进，引入划分寻优区间、排序和最佳保留的轮盘选择算子、择优交叉算子、二元变异算子等，以提高遗传算法的收敛速度和避免陷入局部最优，来获得连续函数的最优解。一、遗传算法基本原理遗传算法是一种基于生物进化原理构想出来的搜索最优解的仿生算法，它模拟基因重组与进化的自然过程。与传统搜索算法不同，遗传算法从一组随机产生的初始解（称为群体），开始搜索过程。首先把待解决问题参数编码成基因，群体中的每个个体是问题的一个解，称为染色体。这些染色体在后续迭代中不断进化，称为遗传。遗传算法主要通过选择算子、交叉算子和变异算子实现。交叉或变异运算生成下一代染色体，称为后代。染色体的好坏用适应度来衡量。根据适应度的大小从上一代和后代中选择一定数量的个体，作为下一代群体，再继续进化，这样经过若干代之后，算法收敛于最好的染色体，它很可能就是问题的最优解或次优解。遗传算法中使用适应度这个概念来度量群体中的各个个体的在优化计算中有可能到达最优解的优良程度。度量个体适应度的函数称为适应度函数。适应度函数的定义一般与具体求解问题有关。习惯上，适应度值越大，表示解的质量越好。对于求最小值问题，可以通过变换转化为求最大值问题。 1.1简单遗传算法（sinplegeneticalgorithm，SGA） SGA应用于求最优解的过程中，通过把要求解的参数编码转换为生物进化过程中的染色体，并且依据各个个体的适应值的大小，进行选择、交叉和变异操作，从而得到新的个体，重复进行这些操作直到达到算法结束条件，其算法的流程如图１所示。

遗传算法求复杂函数极值问题【精品毕业设计】(完整版)

遗传算法求复杂函数极值问题中文摘要：本文首先介绍遗传算法的历史背景，基本思想，对遗传算法的常见的编码解码方法进行了深入的阐述，并对算子选择方法进行深入分析和对比，在此基础上把遗传算法应用于求解复杂函数的极值计算。最后在MATLAB语言环境下编写程序，对求解函数的最大值进行了仿真，并对调试的结果进行了分析，得出了部分结论。关键词：遗传算法最优解算子选择复杂函数作者：xx xx 指导老师：xxxx xx

Using Genetic Algorithm to Solve Extreme Problem of Complex Function Abstract Firstly,the historical background and basic idea of genetic algorithm are introduced in this paper. The common coding and decoding method of genetic algorithm are discussed too. Secondly, the selection method of genetic operator is analyzed and compared deeply, based on which genetic algorithm is used to solve extreme problem of complex function. Finally, with MA TLAB software, the program is compiled and the maximum is sought out. At the end of the paper, the debugging result is analyzed and the conclusion is given. Keywords: Genetic Algorithm Optimal Solution Operator Selection Complex Function Written by : xx xx Supervised by: xxxx xx

粒子群优化算法车辆路径问题

粒子群优化算法计算车辆路径问题摘要粒子群优化算法中,粒子群由多个粒子组成,每个粒子的位置代表优化问题在D 维搜索空间中潜在的解。根据各自的位置,每个粒子用一个速度来决定其飞行的方向和距离,然后通过优化函数计算出一个适应度函数值(fitness)。粒子是根据如下三条原则来更新自身的状态:(1)在飞行过程中始终保持自身的惯性;(2)按自身的最优位置来改变状态;(3)按群体的最优位置来改变状态。本文主要运用运筹学中粒子群优化算法解决车辆路径问题。车辆路径问题由Dan tzig 和Ram ser 于1959年首次提出的, 它是指对一系列发货点(或收货点) , 组成适当的行车路径, 使车辆有序地通过它们, 在满足一定约束条件的情况下, 达到一定的目标(诸如路程最短、费用最小, 耗费时间尽量少等) , 属于完全N P 问题, 在运筹、计算机、物流、管理等学科均有重要意义。粒子群算法是最近出现的一种模拟鸟群飞行的仿生算法, 有着个体数目少、计算简单、鲁棒性好等优点, 在各类多维连续空间优化问题上均取得非常好的效果。本文将PSO 应用于车辆路径问题求解中, 取得了很好的效果。针对本题，一个中心仓库、7个需求点、中心有3辆车，容量均为1，由这三辆车向7个需求点配送货物，出发点和收车点都是中心仓库。 1233,1,7. k q q q l =====货物需求量12345670.89,0.14,0.28,0.33,0.21,0.41,0.57g g g g g g g =======，且 m a x i k g q ≤。利用matlab 编程，求出需求点和中心仓库、需求点之间的各个距离，用ij c 表示。求满足需求的最小的车辆行驶路径，就是求m i n i j i j k i j k Z c x =∑∑∑。经过初始化粒子群，将初始的适应值作为每个粒子的个

(实例)matlab遗传算法工具箱函数及实例讲解

matlab遗传算法工具箱函数及实例讲解核心函数： (1)function [pop]=initializega(num,bounds,eevalFN,eevalOps,options)--初始种群的生成函数【输出参数】 pop--生成的初始种群【输入参数】 num--种群中的个体数目 bounds--代表变量的上下界的矩阵 eevalFN--适应度函数 eevalOps--传递给适应度函数的参数 options--选择编码形式(浮点编码或是二进制编码)[precision F_or_B], 如 precision--变量进行二进制编码时指定的精度 F_or_B--为1时选择浮点编码，否则为二进制编码,由precision指定精度) (2)function [x,endPop,bPop,traceInfo] = ga(bounds,evalFN,evalOps,startPop,opts,... termFN,termOps,selectFN,selectOps,xOverFNs,xOverO ps,mutFNs,mutOps)--遗传算法函数【输出参数】 x--求得的最优解 endPop--最终得到的种群 bPop--最优种群的一个搜索轨迹【输入参数】 bounds--代表变量上下界的矩阵 evalFN--适应度函数 evalOps--传递给适应度函数的参数 startPop-初始种群 opts[epsilon prob_ops display]--opts(1:2)等同于initializega 的options参数，第三个参数控制是否输出，一般为0。如[1e-6 1 0] termFN--终止函数的名称,如['maxGenTerm'] termOps--传递个终止函数的参数,如[100] selectFN--选择函数的名称,如['normGeomSelect'] selectOps--传递个选择函数的参数,如[0.08] xOverFNs--交叉函数名称表，以空格分开，如['arithXover heuristicXover simpleXover'] xOverOps--传递给交叉函数的参数表，如[2 0;2 3;2 0] mutFNs--变异函数表，如['boundaryMutation multiNonUnifMutation nonUnifMutation unifMutation'] mutOps--传递给交叉函数的参数表,如[4 0 0;6 100 3;4 100 3;4 0 0]

遗传算法多目标函数优化

多目标遗传算法优化铣削正交试验结果说明： 1.建立切削力和表面粗糙度模型如： 3.190.08360.8250.5640.45410c e p z F v f a a -=（1） a R =此模型你们来拟合（上面有实验数据，剩下的两个方程已经是我帮你们拟合好的了）（2） R a =10?0.92146v c 0.14365f z 0.16065a e 0.047691a p 0.38457 10002/c z p e Q v f a a D π=-????（3）变量约束范围：401000.020.080.25 1.0210c z e p v f a a ≤≤??≤≤??≤≤? ?≤≤? 公式（1）和（2）值越小越好，公式（3）值越大越好。π=3.14 D=8 2.请将多目标优化操作过程录像（同时考虑三个方程，优化出最优的自变量数值），方便我后续进行修改；将能保存的所有图片及源文件发给我；将最优解多组发给我，类似于下图（黄色部分为达到的要求）

遗传算法的结果:

程序如下: clear; clc; % 遗传算法直接求解多目标优化 D=8; % Function handle to the fitness function F=@(X)[10^(3.19)*(X(1).^(-0.0836)).*(X(2).^0.825).*(X(3).^0.564).*(X(4).^0. 454)]; Ra=@(X)[10^(-0.92146)*(X(1).^0.14365).*(X(2).^0.16065).*(X(3).^0.047691).*( X(4).^0.38457)]; Q=@(X)[-1000*2*X(1).*X(2).*X(3).*X(4)/(pi*D)];