遗传算法模拟解决TSP问题

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <time.h>
#define cities 10  //城市的个数  
#define MAXX 100//迭代次数  
#define pc 0.8 //交配概率  
#define pm 0.05 //变异概率
#define num 10//种群的大小  
int bestsolution;//最优染色体
int distance[cities][cities];//城市之间的距离 
struct group//染色体的结构
{
    int city[cities];//城市的顺序  
    int adapt;//适应度  
    double p;//在种群中的幸存概率  
}group[num],grouptemp[num];  
//随机产生cities个城市之间的相互距离  
void init()  
{  
    int i,j;  
    memset(distance,0,sizeof(distance));  
    srand((unsigned)time(NULL));  
    for(i=0;i<cities;i++)  
    {  
        for(j=i+1;j<cities;j++)  
        {  
           distance[i][j]=rand()%100;  
           distance[j][i]=distance[i][j];  
        }  
    }  
    //打印距离矩阵  
    printf("城市的距离矩阵如下\n");  
    for(i=0;i<cities;i++)  
    {  
        for(j=0;j<cities;j++)  
        printf("%4d",distance[i][j]);  
        printf("\n");  
    }  
}  
//随机产生初试群  
void groupproduce()  
{  
    int i,j,t,k,flag;  
    for(i=0;i<num;i++)  //初始化  
    for(j=0;j<cities;j++)  
    group[i].city[j]=-1;  
    srand((unsigned)time(NULL));  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        //产生10个不相同的数字  
        for(j=0;j<cities;)  
        {  
            t=rand()%cities;  
            flag=1;  
            for(k=0;k<j;k++)  
            {  
                if(group[i].city[k]==t)  
                {  
                    flag=0;  
                    break;  
                }  
            }  
            if(flag)  
            {  
                group[i].city[j]=t;  
                j++;  
            }  
        }  
    }  
    //打印种群基因  
    printf("初始的种群\n");  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        for(j=0;j<cities;j++)  
        printf("%4d",group[i].city[j]);  
        printf("\n");  
    }  
}  
//评价函数,找出最优染色体  
void pingjia()  
{  
    int i,j;  
    int n1,n2;  
    int sumdistance,biggestsum=0;  
    double biggestp=0;  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        sumdistance=0;  
        for(j=1;j<cities;j++)  
        {  
            n1=group[i].city[j-1];  
            n2=group[i].city[j];  
            sumdistance+=distance[n1][n2];  
        }  
        group[i].adapt=sumdistance; //每条染色体的路径总和  
        biggestsum+=sumdistance; //种群的总路径  
    }  
    //计算染色体的幸存能力,路劲越短生存概率越大  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        group[i].p=1-(double)group[i].adapt/(double)biggestsum;   
        biggestp+=group[i].p;  
    }  
    for(i=0;i<num;i++)  
    group[i].p=group[i].p/biggestp;  //在种群中的幸存概率,总和为1  
    //求最佳路劲  
    bestsolution=0;  
    for(i=0;i<num;i++)  
    if(group[i].p>group[bestsolution].p)  
    bestsolution=i;  
    //打印适应度  
    for(i=0;i<num;i++)  
    printf("染色体%d的路径之和与生存概率分别为%4d  %.4f\n",i,group[i].adapt,group[i].p);  
    printf("当前种群的最优染色体是%d号染色体\n",bestsolution);  
}  
//选择  
void xuanze()  
{  
    int i,j,temp;  
    double gradient[num];//梯度概率  
    double xuanze[num];//选择染色体的随机概率  
    int xuan[num];//选择了的染色体  
    //初始化梯度概率  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        gradient[i]=0.0;  
        xuanze[i]=0.0;  
    }  
    gradient[0]=group[0].p;  
    for(i=1;i<num;i++)  
    gradient[i]=gradient[i-1]+group[i].p;  
    srand((unsigned)time(NULL));  
    //随机产生染色体的存活概率  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        xuanze[i]=(rand()%100);  
        xuanze[i]/=100;  
    }  
    //选择能生存的染色体  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        for(j=0;j<num;j++)  
        {  
            if(xuanze[i]<gradient[j])  
            {  
                xuan[i]=j; //第i个位置存放第j个染色体  
                break;  
            }  
        }  
    }  
    //拷贝种群  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        grouptemp[i].adapt=group[i].adapt;  
        grouptemp[i].p=group[i].p;  
        for(j=0;j<cities;j++)  
        grouptemp[i].city[j]=group[i].city[j];  
    }  
    //数据更新  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        temp=xuan[i];  
        group[i].adapt=grouptemp[temp].adapt;  
        group[i].p=grouptemp[temp].p;  
        for(j=0;j<cities;j++)  
        group[i].city[j]=grouptemp[temp].city[j];  
    }  
    //用于测试  
    /*      printf("<------------------------------->\n");      for(i=0;i<num;i++)      {          for(j=0;j<cities;j++)          printf("%4d",group[i].city[j]);          printf("\n");          printf("染色体%d的路径之和与生存概率分别为%4d  %.4f\n",i,group[i].adapt,group[i].p);      }      */  
}  
//交配,对每个染色体产生交配概率,满足交配率的染色体进行交配  
void  jiaopei()  
{  
    int i,j,k,kk;  
    int t;//参与交配的染色体的个数  
    int point1,point2,temp;//交配断点  
    int pointnum;  
    int temp1,temp2;  
    int map1[cities],map2[cities];  
    double jiaopeip[num];//染色体的交配概率  
    int jiaopeiflag[num];//染色体的可交配情况  
    for(i=0;i<num;i++)//初始化  
    jiaopeiflag[i]=0;  
    //随机产生交配概率  
    srand((unsigned)time(NULL));  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        jiaopeip[i]=(rand()%100);  
        jiaopeip[i]/=100;  
    }  
    //确定可以交配的染色体  
    t=0;  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        if(jiaopeip[i]<pc)  
        {  
            jiaopeiflag[i]=1;  
            t++;  
        }  
    }  
    t=t/2*2;//t必须为偶数  
    //产生t/2个0-9交配断点  
    srand((unsigned)time(NULL));  
    temp1=0;  
    //temp1号染色体和temp2染色体交配  
    for(i=0;i<t/2;i++)  
    {  
        point1=rand()%cities;  
        point2=rand()%cities;  
        for(j=temp1;j<num;j++)  
        if(jiaopeiflag[j]==1)  
        {  
            temp1=j;  
            break;  
        }  
        for(j=temp1+1;j<num;j++)  
        if(jiaopeiflag[j]==1)  
        {  
            temp2=j;  
            break;  
        }  
        //进行基因交配  
        if(point1>point2) //保证point1<=point2  
        {  
            temp=point1;  
            point1=point2;  
            point2=temp;  
        }  
        memset(map1,-1,sizeof(map1));  
        memset(map2,-1,sizeof(map2));  
        //断点之间的基因产生映射  
        for(k=point1;k<=point2;k++)  
        {  
            map1[group[temp1].city[k]]=group[temp2].city[k];  
            map2[group[temp2].city[k]]=group[temp1].city[k];  
        }  
        //断点两边的基因互换  
        for(k=0;k<point1;k++)  
        {  
            temp=group[temp1].city[k];  
            group[temp1].city[k]=group[temp2].city[k];  
            group[temp2].city[k]=temp;  
        }  
        for(k=point2+1;k<cities;k++)  
        {  
            temp=group[temp1].city[k];  
            group[temp1].city[k]=group[temp2].city[k];  
            group[temp2].city[k]=temp;  
        }  
        //处理产生的冲突基因  
        for(k=0;k<point1;k++)  
        {  
            for(kk=point1;kk<=point2;kk++)  
            if(group[temp1].city[k]==group[temp1].city[kk])  
            {  
                group[temp1].city[k]=map1[group[temp1].city[k]];  
                break;  
            }  
        }  
        for(k=point2+1;k<cities;k++)  
        {  
            for(kk=point1;kk<=point2;kk++)  
            if(group[temp1].city[k]==group[temp1].city[kk])  
            {  
                group[temp1].city[k]=map1[group[temp1].city[k]];  
                break;  
            }  
        }  
        for(k=0;k<point1;k++)  
        {  
            for(kk=point1;kk<=point2;kk++)  
            if(group[temp2].city[k]==group[temp2].city[kk])  
            {  
                group[temp2].city[k]=map2[group[temp2].city[k]];  
                break;  
            }  
        }  
        for(k=point2+1;k<cities;k++)  
        {  
            for(kk=point1;kk<=point2;kk++)  
            if(group[temp2].city[k]==group[temp2].city[kk])  
            {  
                group[temp2].city[k]=map2[group[temp2].city[k]];  
                break;  
            }  
        }  
        temp1=temp2+1;  
    }  
}  
//变异  
void bianyi()  
{  
    int i,j;  
    int t;  
    int temp1,temp2,point;  
    double bianyip[num]; //染色体的变异概率  
    int bianyiflag[num];//染色体的变异情况  
    for(i=0;i<num;i++)//初始化  
    bianyiflag[i]=0;  
    //随机产生变异概率  
    srand((unsigned)time(NULL));  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        bianyip[i]=(rand()%100);  
        bianyip[i]/=100;  
    }  
    //确定可以变异的染色体  
    t=0;  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        if(bianyip[i]<pm)  
        {  
            bianyiflag[i]=1;  
            t++;  
        }  
    }  
    //变异操作,即交换染色体的两个节点  
    srand((unsigned)time(NULL));  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        if(bianyiflag[i]==1)  
        {  
            temp1=rand()%10;  
            temp2=rand()%10;  
            point=group[i].city[temp1];  
            group[i].city[temp1]=group[i].city[temp2];  
            group[i].city[temp2]=point;  
        }  
    }  
}  
int main()  
{  
    int i,j,t;  
    init();  
    groupproduce();  
    //初始种群评价  
    pingjia();  
    t=0;  
    while(t++<MAXX)  
    {  
         xuanze();  
         //jiaopei();  
         bianyi();  
         pingjia();  
    }  
    //最终种群的评价  
    printf("\n输出最终的种群评价\n");  
    for(i=0;i<num;i++)  
    {  
        for(j=0;j<cities;j++)  
        {  
            printf("%4d",group[i].city[j]);  
        }  
        printf("  adapt:%4d, p:%.4f\n",group[i].adapt,group[i].p);  
    }  
    printf("最优解为%d号染色体\n",bestsolution);  
    return 0;  
}  
    原文作者:遗传算法
    原文地址: https://blog.csdn.net/Mr_Saltyfish/article/details/73656509
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