第1个回答 2022-11-17
分类: 教育/科学 >> 科学技术
问题描述:
最好再介绍一下免疫算法
解析:
遗传算法(Geic Algorithm, GA)是近几年发展起来的一种崭新的全局优化算法，它借
用了生物遗传学的观点，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。这一点体现了自然界中"物竞天择、适者生存"进化过程。1962年Holland教授首次
提出了GA算法的思想，从而吸引了大批的研究者，迅速推广到优化、搜索、机器学习等方
面，并奠定了坚实的理论基础。 用遗传算法解决问题时，首先要对待解决问题的模型结构
和参数进行编码，一般用字符串表示，这个过程就将问题符号化、离散化了。也有在连续
空间定义的GA(Geic Algorithm in Continuous Space, GACS)，暂不讨论。
一个串行运算的遗传算法(Seguential Geic Algoritm, SGA)按如下过程进行：
(1) 对待解决问题进行编码；
(2) 随机初始化群体X(0):=(x1, x2, … xn)；
(3) 对当前群体X(t)中每个个体xi计算其适应度F(xi)，适应度表示了该个体的性能好
坏；
(4) 应用选择算子产生中间代Xr(t)；
(5) 对Xr(t)应用其它的算子，产生新一代群体X(t+1)，这些算子的目的在于扩展有限
个体的覆盖面，体现全局搜索的思想；
(6) t:=t+1；如果不满足终止条件继续(3)。
GA中最常用的算子有如下几种：
(1) 选择算子(selection/reproduction): 选择算子从群体中按某一概率成对选择个
体，某个体xi被选择的概率Pi与其适应度值成正比。最通常的实现方法是轮盘赌(roulett
e wheel)模型。
(2) 交叉算子(Crossover): 交叉算子将被选中的两个个体的基因链按概率pc进行交叉
，生成两个新的个体，交叉位置是随机的。其中Pc是一个系统参数。
(3) 变异算子(Mutation): 变异算子将新个体的基因链的各位按概率pm进行变异，对
二值基因链(0,1编码)来说即是取反。
上述各种算子的实现是多种多样的，而且许多新的算子正在不断地提出，以改进GA的
某些性能。系统参数(个体数n,基因链长度l,交叉概率Pc,变异概率Pm等)对算法的收敛速度
及结果有很大的影响，应视具体问题选取不同的值。
GA的程序设计应考虑到通用性，而且要有较强的适应新的算子的能力。OOP中的类的继
承为我们提供了这一可能。
定义两个基本结构：基因(ALLELE)和个体(INDIVIDUAL)，以个体的 *** 作为群体类TP
opulation的数据成员，而TSGA类则由群体派生出来，定义GA的基本操作。对任一个应用实
例，可以在TSGA类上派生，并定义新的操作。
TPopulation类包含两个重要过程：
FillFitness: 评价函数，对每个个体进行解码(decode)并计算出其适应度值，具体操
作在用户类中实现。
Statistic: 对当前群体进行统计，如求总适应度sumfitness、平均适应度average、最好
个体fmax、最坏个体fmin等。
TSGA类在TPopulation类的基础上派生，以GA的系统参数为构造函数的参数，它有4个
重要的成员函数：
Select: 选择算子，基本的选择策略采用轮盘赌模型（如图2）。轮盘经任意旋转停止
后指针所指向区域被选中，所以fi值大的被选中的概率就大。
Crossover: 交叉算子，以概率Pc在两基因链上的随机位置交换子串。
Mutation: 变异算子，以概率Pm对基因链上每一个基因进行随机干扰(取反)。
Generate: 产生下代，包括了评价、统计、选择、交叉、变异等全部过程，每运行一
次，产生新的一代。
SGA的结构及类定义如下(用C++编写)：
typedef char ALLELE ;
基因类型
typedef struct
{ ...
ALLELE *chrom ;
float fitness ;
fitness of Chromosome
}INDIVIDUAL ;
个体定义
class TPopulation
{ ...
群体类定义
public : int size ;
Size of population: n
int lchrom ;
Length of chromosome: l
float sumfitness , average ;
INDIVIDUAL *fmin , *fmax ;
INDIVIDUAL *pop ;
TPopulation (int popsize , int strlength );
~TPopulation ();
inline INDIVIDUAL &Individual (int i )
{ ...
return pop [i ];
}
;
void FillFitness ();
评价函数
virtual void Statistics ();
统计函数
};
class TSGA : public TPopulation
{ ...
TSGA类派生于群体类
public : float pcross ;
Probability of Crossover
float pmutation ;
Probability of Mutation
int gen ;
Counter of generation
TSGA (int size , int strlength , float pm =0.03 , float pc =0.6 ): TPopulation (size , strlength )
{ ...
gen =0 ;
pcross =pc ;
pmutation =pm ;
} ;
virtual INDIVIDUAL& Select ();
virtual void Crossover (INDIVIDUAL &parent1 , INDIVIDUAL &parent2 , INDIVIDUAL &child1 , INDIVIDUAL &child2 );
&child1 , INDIVIDUAL &child2 );
virtual ALLELE Mutation (ALLELE alleleval );
virtual void Generate ();
产生新的一代
};
用户GA类定义如下： class TSGAfit : public TSGA
{ ...
public : TSGAfit (int size ,float pm =0.0333 ,float pc =0.6 ) :TSGA (size ,24 ,pm ,pc )
{ ...
}
;
void print ();
};
由于GA是一个概率过程，所以每次迭代的情况是不一样的；系统参数不同，迭代情况
也不同。在实验中参数一般选取如下：个体数n=50-200，变异概率Pm=0.03, 交叉概率Pc=
0.6。变异概率太大，会导致不稳定。
参考文献
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