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C++ 遗传学SFLA混合蛙跳算法

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C++ 遗传学SFLA混合蛙跳算法

蛙跳算法(Shuffled Frog Leading Algorithm)是一种启发式算法,通过启发式函数进行启发式搜索,从而找到组合最优问题的解。

他结合了以遗传为基础的memetic算法和以社会行为为基础的粒子群优化算法的优点。也可以说SFLA=SCE+PSO

一、问题概念:

蛙跳算法的思想是:在一片湿地中生活着一群青蛙。湿地内离散的分布着许多石头,青蛙通过寻找不同的石头进行跳跃去找到食物较多的地方。每只青蛙个体之间通过文化的交流实现信息的交换。每只青蛙都具有自己的文化。每只青蛙的文化被定义为问题的一个解。湿地的整个青蛙群体被分为不同的子群体,每个子群体有着自己的文化,执行局部搜索策略。在子群体中的每个个体有着自己的文化,并且影响着其他个体,也受其他个体的影响,并随着子群体的进化而进化。当子群体进化到一定阶段以后,各个子群体之间再进行思想的交流(全局信息交换)实现子群体间的混合运算,一直到所设置的条件满足为止。


二、解决思路:

在SFLA中,种群被分为若干个子群(memeplex),每一个子群包括一定数量的青蛙。不同的memeplex具有不同的文化,分别进行局部搜索。在每个子群中,每只青蛙都有自己的想法,并且受到其他青蛙想法的影响,通过memetic进化来发展。这样经过一定的memetic进化以及跳跃过程,这些想法思路就在各个memeplex中传播开来,然后,据需局部搜索和跳跃,知道收敛或满足标准为止。


可以这样理解,所有的个体(青蛙)都在朝向相对更优的解进化,然后经过给定的周期(设置的迭代次数)后,再看其所有个体的进化程度。算法的思想是每个个体所含在的基因都朝向一个目标发展(子群最优、全局最优),就像我们会向更优秀的人索取经验、期望和更优秀的人保持更多的相同点一个道理。


三、基本参数

蛙群的数量;
族群的数量;
族群中青蛙的数量;
最大允许跳动步长;
全局最好解;
局部最好解;
局部最差解;
子族群中青蛙的数量;
局部元进化次数;
全局思想交流次数等。


四、算法实现


4.1 初始化

定义基本参数


#define G 100  #define M 3 #define I 5 #define P M*I #define V 20 #define N 10 #define MAX 1000.0#define MIN -1000.0#define D 2.0 #define R (rand()%100)/100.0typedef struct {	double d[V];	double value;}Individal;Individal pw[M];Individal pb[M];Individal pg;Individal group[P];Individal memeplex[M][I];


生成蛙群,每只蛙个体包括基因维数数组以及价值(适应度)



double fitness(Individal individal){	int i;	double sum = 0;	for (i = 0; i

注:为了观察进化效率,这里我们暂时用差值平方代表适应度



4.2个体排序分组

对青蛙划分等级。将青蛙按照性能的好坏依次排列,生成数组:记录最好青蛙pg,同时对其进行分组(将数组group分成为m个memeplex)


void sort(){	int i, j, k;	qsort(group, P, sizeof(Individal), mycmp);	k = 0;		for (i = 0; i



4.3组内进化(memetic)

4.3.1:设定最大进化次数N,iN=0为进化次数变量,子群个数m,im=0为子群计数变量。在每个memeplex中Pb和Pw分别表示性能最好和最坏的青蛙,Pg表示整个种群中最好的青蛙。在每一轮的进化中,改善最坏青蛙Pw的位置。注意,并非对所有青蛙都优化。
4.3.2:调整最坏青蛙的位置,方法如下:
     青蛙移动的距离   Di=rand()*(Pb-Pw)
     新的位置  Pw=Pw(当前位置)+Di,(Dmax>=Di>=-Dmax)
     其中rand()是0-1之间的随机数,Dmax是青蛙移动的最大距离。
4.3.3:如果上述过程能够使得青蛙有一个更好的位置,即能产生一个更好的解,那么就用新的位置青蛙取代原来的青蛙;否则,用Pg代替Pb,重复上述过程。
4.4.4:如果上述方法仍不能生成更好的青蛙,那么就随机生成一个新解取代原来最坏的青蛙Pw。



int mycmp(const void *a, const void *b) {	return (*(Individal*)b).value > (*(Individal*)a).value ?1:-1;}



void memetic(){	int i, j, k, l, n;	double a,b;	for (n = 0; n D ? D : temp[i].d[j];				temp[i].d[j] = temp[i].d[j] < -D ? -D : temp[i].d[j];				temp[i].d[j] += pw[i].d[j];			}			temp[i].value = fitness(temp[i]);			if (temp[i].value D ? D : temp[i].d[j];					temp[i].d[j] = temp[i].d[j] < -D ? -D : temp[i].d[j];					temp[i].d[k] += pw[i].d[k];				}				temp[i].value = fitness(temp[i]);				if (temp[i].value




4.种群迭代

青蛙在memeplex之间跳跃。在每个memeplex中执行了一定的memetic进化之后,将各个子群合并到整体,再重新排序,并更新种群中最好的青蛙Pg
如果迭代终止条件满足,则停止;否则,继续迭代.一般情况下,当执行了一定次数的循环进化,代表最好解的青蛙的位置不再改变的时候,算法停止。


void renew(){	int i, j, k;	i = 0;	for (j = 0; j


外部迭代循环:



	for (int i = 0; i





五、参考流程图





六、测试截图


void test(){	init();	for (int i = 0; i





参考学习网址:

https://wenku.baidu.com/view/f91e94ec011ca300a6c390b4.html

http://blog.csdn.net/yi_tech_blog/article/details/53261323

http://www.cnblogs.com/tomatokely/p/7552678.html


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