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遗传算法基本介绍,适合初学者使用,并以ROBOCODE坦克机器人为例,详细分析。
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遗传算法入门
遗传算法入门
遗传算法
遗传算法(Genetic Algorithm, GA)是近几年发展起来的一种崭新的全局优化算法。1962年霍兰德(Holland)教授首次提出了GA算法的
思想,它借用了仿真生物遗传学和自然选择机理,通过自然选择、遗传、变异等作用机制,实现各个个体的适应性的提高。从某种程度上
说遗传算法是对生物进化过程进行的数学方式仿真。
这一点体现了自然界中"物竞天择、适者生存"进化过程。与自然界相似,遗传算法对求解问题的本身一无所知,它所需要的仅是对算法
所产生的每个染色体进行评价,把问题的解表示成染色体,并基于适应值来选择染色体,使适应性好的染色体有更多的繁殖机会。在算法中
也即是以二进制编码的串。并且,在执行遗传算法之前,给出一群染色体,也即是假设解。然后,把这些假设解置于问题的“环境”中,也
即一个适应度函数中来评价。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, 淘汰低适应度的个体,再通过交叉,变异
过程产生更适应环境的新一代染色体群。对这个新种群进行下一轮进化,至到最适合环境的值。
遗传算法已用于求解带有应用前景的一些问题,例如遗传程序设计、函数优化、排序问题、人工神经网络、分类系统、计算机图像处
理和机器人运动规划等。
术语说明
由于遗传算法是由进化论和遗传学机理而产生的搜索算法,所以在这个算法中会用到很多生物遗传学知识,下面是我们将会用来的一
些术语说明:
一、染色体(Chronmosome)
染色体又可以叫做基因型个体(individuals),一定数量的个体组成了群体(population),群体中个体的数量叫做群体大小。
二、基因(Gene)
基因是串中的元素,基因用于表示个体的特征。例如有一个串S=1011,则其中的1,0,1,1这4个元素分别称为基因。它们的值称为
等位基因(Alletes)。
三、基因地点(Locus)
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三、基因地点(Locus)
基因地点在算法中表示一个基因在串中的位置称为基因位置(Gene Position),有时也简称基因位。基因位置由串的左向右计算,例如
在串 S=1101 中,0的基因位置是3。
四、基因特征值(Gene Feature)
在用串表示整数时,基因的特征值与二进制数的权一致;例如在串 S=1011 中,基因位置3中的1,它的基因特征值为2;基因位置1中
的1,它的基因特征值为8。
五、适应度(Fitness)
各个个体对环境的适应程度叫做适应度(fitness)。为了体现染色体的适应能力,引入了对问题中的每一个染色体都能进行度量的函数,
叫适应度函数. 这个函数是计算个体在群体中被使用的概率。
操作算法
霍兰德(Holland)教授最初提出的算法也叫简单遗传算法,简单遗传算法的遗传操作主要有三种:选择(selection)、交叉(crossover)、变
异(mutation)这也是遗传算法中最常用的三种算法:
1.选择(selection)
选择操作也叫复制操作,从群体中按个体的适应度函数值选择出较适应环境的个体。一般地说,选择将使适应度高的个体繁殖下一代
的数目较多,而适应度较小的个体,繁殖下一代的数目较少,甚至被淘汰。最通常的实现方法是轮盘赌(roulette wheel)模型。令Σfi表示群体
的适应度值之总和,fi表示种群中第i个染色体的适应度值,它被选择的概率正好为其适应度值所占份额fi/Σfi。如下图表中的数据适应值总
和Σfi=6650,适应度为2200变选择的可能为fi/Σfi=2200/6650=0.394.
图1. 轮盘赌模型
Fitness 值: 2200 1800 1200 950 400 100
选择概率: 3331 0.271 0.18 0.143 0.06 0.015
2.交叉(Crossover)
交叉算子将被选中的两个个体的基因链按一定概率pc进行交叉,从而生成两个新的个体,交叉位置pc是随机的。其中Pc是一个系统
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参数。根据问题的不同,交叉又为了单点交叉算子(Single Point Crossover)、双点交叉算子(Two Point Crossover)、均匀交叉算子
(Uniform Crossover),在此我们只讨论单点交叉的情况。
单点交叉操作的简单方式是将被选择出的两个个体S1和S2作为父母个体,将两者的部分基因码值进行交换。假设如下两个8位的个体
:
S1 1000 1111 S2 1110 1100
产生一个在1到7之间的随机数c,假如现在产生的是2,将S1和S2的低二位交换:S1的高六位与S2的低六位组成数串10001100,这就
是S1和S2 的一个后代P1个体;S2的高六位与S1的低二位组成数串11101111,这就是S1和S2的一个后代P2个体。其交换过程如下图所示
:
Crossover 11110000 Crossover11110000
S1 1000 1111 S2 1110 1100
P1 1000 1100 P2 1110 1111
3.变异(Mutation)
这是在选中的个体中,将新个体的基因链的各位按概率pm进行异向转化,最简单方式是改变串上某个位置数值。对二进制编码来说将
0与1互换:0变异为1,1变异为0。
如下8位二进制编码:
1 1 1 0 1 1 0 0
随机产生一个1至8之间的数i,假如现在k=6,对从右往左的第6位进行变异操作,将原来的1变为0,得到如下串:
1 1 0 0 1 1 0 0
整个交叉变异过程如下图:
图2. 交叉变异过程
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1. re: 迅雷软件助手导致Word、Exc
el等office文件无法双击打开,显示
为迅雷软件助手的图标
对付国产软件就应该这样,现在虚
拟机里试用再说,哪天用满意了再
放虎归山。反正磁盘可以映射。
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2. re: 迅雷软件助手导致Word、Exc
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很简单。把迅雷扔到虚拟机里用,
哈哈。
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