利用遗传算法模拟进化优化的仿真实验.pdf

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1、北京印刷学院学报ournaoeiingInstituteorintingJlfBjfP.1996年第l期o11996N利用遗传算法模拟进化优化的仿真实验许文达(多媒体中心):,s摘要遗传算法(GeneticAlgorithm简称GA)是一种基于自然选择原理和自然。,,遗传机制的新颖搜索算法它模拟自然界中的生命进化机理在复杂系统中能够迅速实。,现特定目标的全局寻优本文提供一种基于遗传算法的函数寻优实验程序从中可以形象,地了解遗传算法用于计算机求解问题的各种基本策略及效果体会到在复杂系统的设计中,遗传算法较许多传统搜索算法更有效的原因。

2、:关键词遗传算法优化仿真.1己1会,JL二JJ二.。:onn1975遗传算法最初是由美国密执安大学的JhHHolafd教授在年提出的他首先发现按“”,。类似自然选择的方式进化而来的计算机程序能够解决复杂问题这种模仿生物进化过程的算法提出后,为困难问题求解的全局寻优提供了一个新思路,并取得极大的成功。2遗传算法的基本原理及主要特点.21遗传算法的基本原理遗传算法在搜索中需要解两个关键问题:寻优参数的编码及性能指标评价。寻优参数的编码采用串联、映射、无符号二进制编码。遗传算法首先将确定的寻优参数在其各“”“”,自变化范围内用o和1为代码

3、的二进制数进行编码位数的选择则需兼顾分辨度和问题的复杂。:程度两个方面一个参数P与二进制数b的线性映射如下bi。一ma二m:nP=Pm石一了哥又P一P十兀一戈“1夕—a二、in、,。mm其中PP分别为参数的上下限m为二进制代码的位数这种二进制编码是一种简便的参数:收稿日期1995一05一20,、、,表示将所有寻优参数二进制编码串联起来就建立了寻优参数的串联映射无符号二进制编码这。是一种最常用的编码形式编码的性能指标评价,是通过解码,运行所得到的参数的函数,并对其采用系统的特定目标函,。,ss数进行评价分配一个确定的适值a(iften

4、value)适值代表该码串解决问题的质量和能力是系统进行控制的品质特性的量度。。遗传算法的基本工作原理如图1所示问题的寻优参数集、、串联映射无符号二进制编码求取适值新种群~旧种群、、繁殖交叉变异新种群解码得到优化参数集实现问题满意解图1遗传算法的基本工作流程:遗传算法通常包含三个基本算子·reprouetioneetor繁殖(RdOp)·rossoreretor交叉(COp)·utationeretor变异(MOp),。遗传算法最初是靠随机产生一个N串m长度的种群每个串表示问题的一种解决可能利用,、、。每个串相应的目标函数值代表的适

5、值大小制定各种具体策略进行串的繁殖交叉变异等操作利用计算机很容易完成上述任务。繁殖是从一个旧种群中选择生命力强的个体产生新一代种群的过程。繁殖需要一个“适者生存”的生态环境,可以通过竞赛选择的方法实现。在这种方式中,随机决定的两个码串间为争夺繁殖22权相互竞争。选择的原则是参加竞争的码串所具有的相应适度。通过繁殖,高适值的码串,即能够,,。取得优良结果的码串在新一代码串中会得到大量的复制而低适值的码串则因淘汰而减少新一代码串放入交配池执行交叉操作。,。交叉机制是对随机确定的码串混合重组实现码串间的信息交换得到满意的性能繁殖后的简单交

6、叉过程可以分为三个步骤。,首先是从交配池随机取出两个繁殖后产生的新一代码串然后将两个码串随机选择一个相同。:位置下面是两个长度为16的二进制编码串A和B的编码图A=111111111}1111111B=000000000}0000000最后,从交叉位置,按如下方式进行编码的交换,获得两个新码串刃和尸,A一111111111}0000000,刀一00000000011111121,。码串刃通过码串A的前部分和码串B的后部分建立而码串刀则反之,。,虽然交叉操作利用随机选择但不能认为它是一种贯穿搜索空间的随机游动当与繁殖结合。,它成为交换

7、信息及产生高品质种群的有效方法繁殖与交叉给予遗传算法主要搜索能力尤其是交叉,在遗传算法中起着核心作用。,,,变异在遗传算法中是第二位的且一般情况下产生概率较小但都是必不可少的其增强了遗传算法寻找接近最优解的能力。变异是特殊串位上数值偶发的改变,成为码串中任何一位也不会长。。久失去的保证策略给定的码串位置上缺少的某个编码可由变异操作所产生的新一代重新建立例,,,如某一代中所有码串的第3位均为。而在第3位上选择1是决定获得高品质的关键而无论遗,,传或交叉操作都不能在后代中得到第3位为1时变异则会偶发引起第3位的。变为1从而使关。,,,键

8、的信息进入新的种群另外当种群规模较大时在交叉的基础上引入适度的变异也能够适当地提高遗传算法的搜索效率。.22遗传算法的主要特点,“”,,遗传算法是基于自然遗传机制的有力搜索算法根据优胜劣汰原则利用概率判决从系统。,,信息交换中获得问题