# [scikit-opt](https://github.com/guofei9987/scikit-opt)
[![PyPI](https://img.shields.io/pypi/v/scikit-opt)](https://pypi.org/project/scikit-opt/)
[![release](https://img.shields.io/github/v/release/guofei9987/scikit-opt)](https://github.com/guofei9987/scikit-opt)
[![Build Status](https://travis-ci.com/guofei9987/scikit-opt.svg?branch=master)](https://travis-ci.com/guofei9987/scikit-opt)
[![codecov](https://codecov.io/gh/guofei9987/scikit-opt/branch/master/graph/badge.svg)](https://codecov.io/gh/guofei9987/scikit-opt)
[![Downloads](https://pepy.tech/badge/scikit-opt)](https://pepy.tech/project/scikit-opt)
[![Stars](https://img.shields.io/github/stars/guofei9987/scikit-opt?style=social)](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/stargazers)
[![Forks](https://img.shields.io/github/forks/guofei9987/scikit-opt.svg?style=social)](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/network/members)
[![Join the chat at https://gitter.im/guofei9987/scikit-opt](https://badges.gitter.im/guofei9987/scikit-opt.svg)](https://gitter.im/guofei9987/scikit-opt?utm_source=badge&utm_medium=badge&utm_campaign=pr-badge&utm_content=badge)
一个封装了7种启发式算法的 Python 代码库
(差分进化算法、遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法、蚁群算法、鱼群算法、免疫优化算法)
# 安装
```bash
pip install scikit-opt
```
或者直接把源代码中的 `sko` 文件夹下载下来放本地也调用可以
# 特性
## 特性1:UDF(用户自定义算子)
举例来说,你想出一种新的“选择算子”,如下
-> Demo code: [examples/demo_ga_udf.py#s1](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_ga_udf.py#L1)
```python
# step1: define your own operator:
def selection_tournament(algorithm, tourn_size):
FitV = algorithm.FitV
sel_index = []
for i in range(algorithm.size_pop):
aspirants_index = np.random.choice(range(algorithm.size_pop), size=tourn_size)
sel_index.append(max(aspirants_index, key=lambda i: FitV[i]))
algorithm.Chrom = algorithm.Chrom[sel_index, :] # next generation
return algorithm.Chrom
```
导入包,并且创建遗传算法实例
-> Demo code: [examples/demo_ga_udf.py#s2](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_ga_udf.py#L12)
```python
import numpy as np
from sko.GA import GA, GA_TSP
demo_func = lambda x: x[0] ** 2 + (x[1] - 0.05) ** 2 + (x[2] - 0.5) ** 2
ga = GA(func=demo_func, n_dim=3, size_pop=100, max_iter=500, prob_mut=0.001,
lb=[-1, -10, -5], ub=[2, 10, 2], precision=[1e-7, 1e-7, 1])
```
把你的算子注册到你创建好的遗传算法实例上
-> Demo code: [examples/demo_ga_udf.py#s3](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_ga_udf.py#L20)
```python
ga.register(operator_name='selection', operator=selection_tournament, tourn_size=3)
```
scikit-opt 也提供了十几个算子供你调用
-> Demo code: [examples/demo_ga_udf.py#s4](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_ga_udf.py#L22)
```python
from sko.operators import ranking, selection, crossover, mutation
ga.register(operator_name='ranking', operator=ranking.ranking). \
register(operator_name='crossover', operator=crossover.crossover_2point). \
register(operator_name='mutation', operator=mutation.mutation)
```
做遗传算法运算
-> Demo code: [examples/demo_ga_udf.py#s5](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_ga_udf.py#L28)
```python
best_x, best_y = ga.run()
print('best_x:', best_x, '\n', 'best_y:', best_y)
```
> 现在 **udf** 支持遗传算法的这几个算子: `crossover`, `mutation`, `selection`, `ranking`
> Scikit-opt 也提供了十来个算子,参考[这里](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/tree/master/sko/operators)
> 提供一个面向对象风格的自定义算子的方法,供进阶用户使用:
-> Demo code: [examples/demo_ga_udf.py#s6](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_ga_udf.py#L31)
```python
class MyGA(GA):
def selection(self, tourn_size=3):
FitV = self.FitV
sel_index = []
for i in range(self.size_pop):
aspirants_index = np.random.choice(range(self.size_pop), size=tourn_size)
sel_index.append(max(aspirants_index, key=lambda i: FitV[i]))
self.Chrom = self.Chrom[sel_index, :] # next generation
return self.Chrom
ranking = ranking.ranking
demo_func = lambda x: x[0] ** 2 + (x[1] - 0.05) ** 2 + (x[2] - 0.5) ** 2
my_ga = MyGA(func=demo_func, n_dim=3, size_pop=100, max_iter=500, lb=[-1, -10, -5], ub=[2, 10, 2],
precision=[1e-7, 1e-7, 1])
best_x, best_y = my_ga.run()
print('best_x:', best_x, '\n', 'best_y:', best_y)
```
## 特性2:断点继续运行
例如,先跑10代,然后在此基础上再跑20代,可以这么写:
```python
from sko.GA import GA
func = lambda x: x[0] ** 2
ga = GA(func=func, n_dim=1)
ga.run(10)
ga.run(20)
```
## 特性3:4种加速方法
- [x] 矢量化计算:vectorization
- [x] 多线程计算:multithreading,适用于 IO 密集型目标函数
- [x] 多进程计算:multiprocessing,适用于 CPU 密集型目标函数
- [x] 缓存化计算:cached,适用于目标函数的每次输入有大量重复
see [https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/example_function_modes.py](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/example_function_modes.py)
## 特性4: GPU 加速
GPU加速功能还比较简单,将会在 1.0.0 版本大大完善。
有个 demo 已经可以在现版本运行了: [https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_ga_gpu.py](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_ga_gpu.py)
# 快速开始
## 1. 差分进化算法
**Step1**:定义你的问题,这个demo定义了有约束优化问题
-> Demo code: [examples/demo_de.py#s1](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_de.py#L1)
```python
'''
min f(x1, x2, x3) = x1^2 + x2^2 + x3^2
s.t.
x1*x2 >= 1
x1*x2 <= 5
x2 + x3 = 1
0 <= x1, x2, x3 <= 5
'''
def obj_func(p):
x1, x2, x3 = p
return x1 ** 2 + x2 ** 2 + x3 ** 2
constraint_eq = [
lambda x: 1 - x[1] - x[2]
]
constraint_ueq = [
lambda x: 1 - x[0] * x[1],
lambda x: x[0] * x[1] - 5
]
```
**Step2**: 做差分进化算法
-> Demo code: [examples/demo_de.py#s2](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_de.py#L25)
```python
from sko.DE import DE
de = DE(func=obj_func, n_dim=3, size_pop=50, max_iter=800, lb=[0, 0, 0], ub=[5, 5, 5],
constraint_eq=constraint_eq, constraint_ueq=constraint_ueq)
best_x, best_y = de.run()
print('best_x:', best_x, '\n', 'best_y:', best_y)
```
## 2. 遗传算法
**第一步**:定义你的问题
-> Demo code: [examples/demo_ga.py#s1](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_ga.py#L1)
```python
import numpy as np
def schaffer(p):
'''
This function has plenty of local minimum, with strong shocks
global minimum at (0,0) with value 0
https://en.wikipedia.org/wiki/Test_functions_for_optimization
'''
x1, x2 = p
part1 = np.square(x1) - np.square(x2)
part2 = np.square(x1) + np.square(x2)
return 0.5 + (np.square(np.sin(part1)) - 0.5) / np.square(1 + 0.001 * part2)
```
**第二步**:运行遗传算法
-> Demo code: [examples/demo_ga.py#s2](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_ga.py#L16)
```python
from sko.GA import GA
ga = GA(func=schaffer, n_dim=2, size_pop=50, max_iter=800, prob_mut=0.001, lb=[-1, -1], ub=[1, 1], precision=1e-7)
best_x, best_y = ga.run()
print('best_x:', best_x, '\n', 'best_y:', best_y)
```
**第三步**:用 matplotlib 画出结果
-> Demo code: [examples/demo_ga.py#s3](https://github.com/guofei9987/scikit-opt/blob/master/examples/demo_ga.py#L22)
```python
import pandas as pd
import matplotlib.pyplot as plt
Y_history = pd.
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scikit-opt主-master
sko
__init__.py 352B
GA.py 16KB
ACA.py 4KB
operators_gpu
__init__.py 0B
mutation_gpu.py 332B
crossover_gpu.py 605B
selection_gpu.py 632B
ranking_gpu.py 0B
AFSA.py 9KB
operators
__init__.py 0B
ranking.py 429B
mutation.py 2KB
crossover.py 4KB
selection.py 2KB
DE.py 3KB
demo_func.py 4KB
PSO.py 11KB
requirements.txt 51B
tools.py 3KB
IA.py 2KB
tool_kit.py 774B
base.py 863B
SA.py 7KB
.travis.yml 1KB
setup.py 1KB
tests
test_x2gray.py 868B
test_demo_func.py 2KB
run_tests.sh 422B
CONTRIBUTING.md 3KB
examples
demo_sa_tsp.py 3KB
demo_pso_tsp.py 1KB
demo_ga.py 898B
demo_sa.py 2KB
data
nctu.csv 2KB
example_function_modes.py 3KB
demo_ga_udf_tsp.py 1002B
demo_pso.py 397B
demo_rcga.py 880B
example_method_modes.py 3KB
demo_ga_udf.py 2KB
demo_ga_gpu.py 1KB
demo_afsa.py 300B
demo_aca_tsp.py 996B
demo_pso_ani.py 1KB
demo_ga_tsp.py 1KB
demo_de.py 622B
vrp.py 2KB
obj_func_demo.py 583B
demo_ia.py 736B
docs
_sidebar.md 63B
_coverpage.md 326B
.nojekyll 0B
make_doc.py 3KB
index.html 2KB
vue.css 16KB
_navbar.md 64B
en
more_ga.md 4KB
_sidebar.md 266B
curve_fitting.md 1KB
_coverpage.md 1KB
args.md 7KB
contributors.md 381B
speed_up.md 6KB
more_sa.md 3KB
more_pso.md 2KB
README.md 20KB
zh
more_ga.md 4KB
_sidebar.md 264B
curve_fitting.md 1KB
_coverpage.md 988B
args.md 7KB
speed_up.md 9KB
more_sa.md 3KB
more_pso.md 2KB
README.md 20KB
run_server.bat 13B
README.md 2KB
requirements.txt 29B
MANIFEST.in 21B
.gitignore 79B
README.md 20KB
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