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matlab实用教程实验十遗传算法与优化问题.pdf
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matlab 实用教程实验十遗传算法与优化
问题
matlab 实用教程 实验十 遗传算法与优化问题
matlab 实用教程 实验十 遗传算法与优化问题 一、问题背
景与实验目的 二、相关函数(命令)及简介 三、实验内容 四、
自己动手
一、问题背景与实验目的
遗传算法(Genetic Algorithm―GA),是模拟达尔文的遗传
选择和自然淘汰的生物进化过程的计算模型,它是由美国
Michigan 大学的 J.Holland 教授于 1975 年首先提出的.遗传算
法作为一种新的全局优化搜索算法,以其简单通用、鲁棒性强、
适于并行处理及应用范围广等显著特点,奠定了它作为 21 世纪
关键智能计算之一的地位. 本实验将首先介绍一下遗传算法的
基本理论,然后用其解决几个简单的函数最值问题,使读者能够
学会利用遗传算法进行初步的优化计算. 1.遗传算法的基本原
理
遗传算法的基本思想正是基于模仿生物界遗传学的遗传过
程.它把问题的参数用基因代表,把问题的解用染色体代表(在
计算机里用二进制码表示),从而得到一个由具有不同染色体的
个体组成的群体.这个群体在问题特定的环境里生存竞争,适者
有最好的机会生存和产生后代.后代随机化地继承了父代的最好
特征,并也在生存环境的控制支配下继续这一过程.群体的染色
体都将逐渐适应环境,不断进化,最后收敛到一族最适应环境的
类似个体,即得到问题最优的解.值得注意的一点是,现在的遗
传算法是受生物进化论学说的启发提出的,这种学说对我们用计
算机解决复杂问题很有用,而它本身是否完全正确并不重要(目
前生物界对此学说尚有争议).
(1)遗传算法中的生物遗传学概念
由于遗传算法是由进化论和遗传学机理而产生的直接搜索
优化方法;故而在这个算法中要用到各种进化和遗传学的概
念. 首先给出遗传学概念、遗传算法概念和相应的数学概念三
者之间的对应关系.这些概念如下: 序号遗传学概念遗传算法
概念数学概念
1 个体要处理的基本对象、结构也就是可行解 2 群体个体的
集合被选定的一组可行解 3 染色体个体的表现形式可行解的编
码 4 基因染色体中的元素编码中的元素
5 基因位某一基因在染色体中的位置元素在编码中的位置
6 适应值个体对于环境的适应程度,或在环境压力下的生存
能力可行解所对应的适应函数值 7 种群被选定的一组染色体或
个体根据入选概率定出的一组可行解
8 选择从群体中选择优胜的个体,淘汰劣质个体的操作保留
或复制适应值大的可行解,去掉小的可行解
9 交叉一组染色体上对应基因段的交换根据交叉原则产生的
一组新解
10 交叉概率染色体对应基因段交换的概率(可能性大小)闭
区间[0,1]上的一个值,一般为 0.65~0.90
11 变异染色体水平上基因变化编码的某些元素被改变
12 变异概率染色体上基因变化的概率(可能性大小)开区间
(0,1)内的一个值, 一般为 0.001~0.01 13 进化、
适者生存个体进行优胜劣汰的进化,一代又一代地优化目标
函数取到最大值,最优的可行解 (2)遗传算法的步骤
遗传算法计算优化的操作过程就如同生物学上生物遗传进
化的过程,主要有三个基本操作(或称为算子):选择(Selection)、
交叉(Crossover)、变异(Mutation).
遗传算法基本步骤主要是:先把问题的解表示成 “染色体”,
在算法中也就是以二进制编码的串,在执行遗传算法之前,给出
一群“染色体”,也就是假设的可行解.然后,把这些假设的可行
解置于问题的“环境”中,并按适者生存的原则,从中选择出较适
应环境的“染色体”进行复制,再通过交叉、变异过程产生更适应
环境的新一代“染色体”群.经过这样的一代一代地进化,最后就
会收敛到最适应环境的一个 “染色体 ”上,它就是问题的最优
解. 下面给出遗传算法的具体步骤,流程图参见图 1:
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春哥111
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