多目标优化算法(一)NSGA2（C语言版）.zip

/* 程序功能：实现nsga2算法，测试函数为ZDT1,ZDT2,ZDT3,ZDT4,ZDT6,DTLZ1,DTLZ2 说明：遗传算子为二进制竞赛选择，模拟二进制交叉和多项式变异 作者：(晓风) email: 18821709267@163.com 参考论文： A fast and Elitist Multiobjective Genetic Algorithm:NSGA-Ⅱ Kalyanmoy Deb,Associate Member, IEEE, Amrit Pratap, Sameer Agarwal, and T.Meyarivan IEEE TRANSACTIONS ON EVOLUTIONARY COMPUTATION 最初建立时间：2018.10.12 最近修改时间：2018.10.19 */ /* 算法使用说明： 1.本算法为NSGA2，实验采用的测试函数为ZDT1,ZDT2,ZDT3,ZDT4,ZDT6,DTLZ1,DTLZ2，要选择哪个函数请修改第123行。 2.文件输出路径请修改中127行的a数组，格式必须与a保持相同，第125行设置路径中的实验次数（做几次实验就设到几，比如设置十次实验就1-10，最大实验次数为10，增加最大实验次数还需修改213行之后，增加与上述相同的随机种子选项即可）。 3.采用新的测试函数请修改input.h（13行开始是函数的约束条件）和func.h（41行开始是函数编写的部分）两个文件。 4.本算法默认采用实数编码，但迭代过程中进行了二进制编码，二进制编码采用了两种交叉类型，单点交叉和均匀交叉，选择那个修改input.h的11行。如果要使用二进制编码，请将func.h中的33-38行注释变成代码，29-32行加上注释，即得到二进制编码的结果。 5.本实验可修改的参数（input.h中）有popsize（种群大小），gener（迭代次数），pcross（交叉概率），di（SBX交叉参数），dim（多项式变异参数），pmut_r（实数编码的变异概率），pmut_b（二进制编码的变异概率） 6.实验的最大种群数为500，最大染色体长度为300，最大变量数目为30，最大函数数目为10，pi定义为3.1415926 7.实验输出结果有三个文件：1)output.txt 包含参数设置，每代的自变量值（实数编码，二进制编码），函数值，等级和拥挤度。2)fun.txt包含最后一代输出的函数值 3)time.txt包含程序运行时间 8.本实验没有实现约束问题，得再次算法的基础上进行修改。 */ #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<math.h> #include<time.h> #include <string.h> #define square(x) ((x)*(x)) #define maxpop 500//最大种群数 #define maxchrom 300/*最大染色体长度*/ #define maxvar 30 //最大变量数目 #define maxfun 10 //最大函数数目 #define PI 3.1415926 int gener,//迭代数目 nvar,nchrom,//变量数目，染色体数目（二进制） vlen[maxvar],//储存每个变量的位的个数的数组（二进制） optype,//交叉类型:1为单点交叉和2为均匀交叉（二进制） nfunc,//函数数目 nmut,//变异的个数 ncross;//交叉的次数 float seed,//随机种子 pcross,//交叉概率 pmut_b,pmut_r,//变异概率 lim_b[maxvar][2],lim_r[maxvar][2],//数组中变量的限制 di,//交叉的分布指数 dim;//变异的分布指数 static int popsize,//种群数目 chrom;//染色体总长度 double coef[maxvar];//解码使用的变量 /*个体*/ typedef struct { int genes[maxchrom],//二进制染色体 rank, //个体等级 flag; //等级标志 float xreal[maxvar],//实变量的集合 xbin[maxvar];//染色体解码之后的集合 float fitness[maxfun],//适应度函数 crowd; //拥挤距离 }individual; /*种群*/ typedef struct { int maxrank;//当前种群的最大等级 int rankno[maxpop];//个体的等级 individual ind[maxpop],//个体的集合 *ind_str; }population; #include "input.h" /*输入条件*/ #include "random.h" /*随机数量的算子*/ #include "realinit.h" /*随机初始化种群*/ #include "init.h" /*随机初始化种群*/ #include "decode.h" /*解码二进制串*/ #include "ranking.h" /*产生pareto前端*/ #include "func.h" /*函数设置*/ #include "select.h" /*二进制锦标赛*/ #include "bincross.h" /*二进制交叉*/ #include "uniformxr.h" /*均匀交叉*/ #include "realcross.h" /*实数交叉*/ #include "binmut.h" /*二进制变异*/ #include "realmut.h" /*实数变异*/ #include "keepaliven.h" /*精英选择和共享机制*/ #include "report.h" /*打印输出报告*/ population old_pop, new_pop, mate_pop, *old_pop_ptr, *new_pop_ptr, *mate_pop_ptr; //定义种群结构 //计算程序运行时间 clock_t start, stop; // clock_t 是 clock() 函数返回的变量类型 double duration; // 纪录被测函数运行的时间， 单位为秒 //测试函数类型 int fun_input= 1;//1-ZDT1,2-ZDT2,3-ZDT3,4-ZDT4,5-ZDT6,6-DTLZ1,7-DTLZ2 char ex_number[]="1";//设置路径中的实验次数（做几次实验就设到几，比如设置十次实验就1-10） // 存储路径定义 char a[]="E:\\\\GA\\\\NSGA2\\\\C++\\\\result\\\\";//末尾的\\请勿忘记 char b[]={0}; char c[]="exp"; char d[]="\\\\output.txt"; char e[]="\\\\fun.txt"; char ff[]="\\\\time.txt"; char loc[100]={0}; char loc1[100]={0}; char loc2[100]={0}; char loc3[100]={0}; int main() { ////计时间------------------------------------------------------------------------------------------------- start = clock(); ////局部变量（计数器和指针）和文件读写----------------------------------------------------------------------- int i,j,l,f; float *ptr,tot; FILE *rep_ptr, *lastit, *time_time; ////文件指针------------------------------------------------------------------------------------------------- strcat(loc,a); if(fun_input == 1) { strcat(b,"ZDT1\\\\"); } if(fun_input == 2) { strcat(b,"ZDT2\\\\"); } if(fun_input == 3) { strcat(b,"ZDT3\\\\"); } if(fun_input == 4) { strcat(b,"ZDT4\\\\"); } if(fun_input == 5) { strcat(b,"ZDT6\\\\"); } if(fun_input == 6) { strcat(b,"DTLZ1\\\\"); } if(fun_input == 7) { strcat(b,"DTLZ2\\\\"); } strcat(loc,b); strcat(loc,c); strcat(loc,ex_number); strcat(loc1,loc); strcat(loc2,loc); strcat(loc3,loc); strcat(loc1,d); strcat(loc2,e); strcat(loc3,ff); rep_ptr = fopen(loc1,"w"); lastit = fopen(loc2,"w"); time_time = fopen(loc3,"w"); ////---------------------------------初始化-------------------------------------------------------------- ///随机种子赋初始值(0~1) if(strcmp(ex_number,"1") == 0) seed = 0.1; if(strcmp(ex_number,"2") == 0) seed = 0.2; if(strcmp(ex_number,"3") == 0) seed = 0.3; if(strcmp(ex_number,"4") == 0) seed = 0.4; if(strcmp(ex_number,"5") == 0) seed = 0.5; if(strcmp(ex_number,"6") == 0) seed = 0.6; if(strcmp(ex_number,"7") == 0) seed = 0.7; if(strcmp(ex_number,"8") == 0) seed = 0.8; if(strcmp(ex_number,"9") == 0) seed = 0.9; if(strcmp(ex_number,"10") == 0) seed = 1; old_pop_ptr=&(old_pop); nmut = 0;///变异次数初始化为0 ncross = 0;///交叉次数初始化为0 ///从input.h得到输入 input(rep_ptr,fun_input); ///随机初始化迭代器的数目 warmup_random(seed); ///实数初始化 realinit(old_pop_ptr); ///二进制初始化 init(old_pop_ptr); old_pop_ptr=&(old_pop); decode(old_pop_ptr); old_pop_ptr = &(old_pop); new_pop_ptr = &(new_pop); ///等级初始化 for(j=0;j<popsize;j++) { old_pop_ptr->r