请问什么是遗传算法，并给两个例子

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，它借

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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(Genetic Algorithm in Continuous Space, GACS)，暂不讨论。

一个串行运算的遗传算法(Seguential Genetic 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)，以个体的集合作为群体类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)：

[code] 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();

}; [/code]

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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遗传算法-总结

最近在做遗传算法的项目，简单记录一下。

遗传算法是模拟自然界生物进化机制的一种算法，在寻优过程中有用的保留无用的去除。包括3个基本的遗传算子：选择（selection）、交叉（crossover）和变异（mutation）。遗传操作的效果与上述3个遗传算子所取的操作概率、编码方法、群体大小、初始群体，以及适应度函数的设定密切相关。

1、种群初始化

popsize 种群大小，一般为20-100，太小会降低群体的多样性，导致早熟；较大会影响运行效率；迭代次数一般100-500；交叉概率：0.4-0.99，太小会破坏群体的优良模式；变异概率：0.001-0.1，太大搜索趋于随机。编码包括实数编码和二进制编码，可以参考遗传算法的几个经典问题，TSP、背包问题、车间调度问题。

2、选择

目的是把优化个体直接遗传到下一代或通过配对交叉产生新的个体再遗传到下一代，我大部分采用了轮盘赌的方法。具体可参考 轮盘赌方法各个个体的选择概率和其适应值成比例，个体适应值越大，被选择的概率也越高，反之亦然。在实际问题中，经常需要最小值作为最优解，有以下几种方法进行转换

a、0-1之间的数据，可以用1-该数值，则最小值与最大值互换；

b、 求倒数；

c、求相反数；

以上几种方法均可以将最大值变为最小值，最小值变为最大值，便于利用轮盘赌选择最优个体，根据实际情况来确定。

3、交叉

交叉即将两个父代个体的部分结构加以替换重组而生成新个体的操作，通过交叉，遗传算法的搜索能力得以飞跃提高。根据编码方法的不同，可以有以下的算法：

a、实值重组

离散重组、中间重组、线性重组、扩展线性重组

b、二进制交叉

单点交叉、多点交叉、均匀交叉、洗牌交叉、缩小代理交叉

4、变异

基本步骤：对群中所有个体以事先设定的变异概率判断是否进行变异；对进行变异的个体随机选择变异位进行变异。根据编码表示方法的不同，有实值变异和二进制变异

变异的目的：

a、使遗传算法具有局部的随机搜索能力。当遗传算法通过交叉算子已接近最优解邻域时，利用变异算子的这种局部搜索能力可以加速向最优解收敛。显然该情况下变异概率应取较小值，否则接近最优解的积木块会因为变异遭到破坏。

b、使遗传算法可维持多样性，以防止未成熟收敛现象。此时收敛概率应取较大值。

变异概率一般取0.001-0.1。

5、终止条件

当最优个体的适应度达到给定的阈值，或者最优个体的适应度和群体适应度不再上升时，或者迭代次数达到预设的代数时，算法终止。预设代数一般为100-500。

6、其它

多变量：将多个变量依次连接

多目标：一种方法是转化为单目标，例如按大小进行排序，根据排序和进行选择，可以参考

遗传算法出来的结果不稳定

有两种可能：1.有多种组合等于X，因此组合有多种

2.你的遗传算法容易局部收敛

对于2解决办法：增加判断，当种群最优染色体一直不变持续N代，重新初始化一个种群，或者往种群中注入新的随机染色体来跳出局部收敛区域。

对补充的回答：

遗传算法本身就是一种智能寻优的随机算法，搜索过程中存在随机性，在具有多个最优解的情况下，很难每次都寻优到同一组参数组合，因为每次的搜索路径是不同的。

如果楼主真是寻求最后结果一样的效果的话，可以先得到一组最优组合数字集合S，按从小到大排列处理后变为S'(n1,n2...ni)

然后搜索过程中的某组数字集合Q的目标函数

既满足：

相加的和最接近X，

还要满足：

1.数字个数=i

2.临时将Q从小达到排列，各个位置上的元素和S'的元素最接近

这样可能会增加很多计算时间，但理论上是可以每次都得到S

遗传算法具体应用

1、函数优化

函数优化是遗传算法的经典应用领域，也是遗传算法进行性能评价的常用算例，许多人构造出了各种各样复杂形式的测试函数：连续函数和离散函数、凸函数和凹函数、低维函数和高维函数、单峰函数和多峰函数等。

2、组合优化

随着问题规模的增大，组合优化问题的搜索空间也急剧增大，有时在目前的计算上用枚举法很难求出最优解。对这类复杂的问题，人们已经意识到应把主要精力放在寻求满意解上，而遗传算法是寻求这种满意解的最佳工具之一。

此外，GA也在生产调度问题、自动控制、机器人学、图象处理、人工生命、遗传编码和机器学习等方面获得了广泛的运用。

3、车间调度

车间调度问题是一个典型的NP-Hard问题，遗传算法作为一种经典的智能算法广泛用于车间调度中，很多学者都致力于用遗传算法解决车间调度问题，现今也取得了十分丰硕的成果。

从最初的传统车间调度（JSP）问题到柔性作业车间调度问题（FJSP），遗传算法都有优异的表现，在很多算例中都得到了最优或近优解。

扩展资料：

遗传算法的缺点

1、编码不规范及编码存在表示的不准确性。

2、单一的遗传算法编码不能全面地将优化问题的约束表示出来。考虑约束的一个方法就是对不可行解采用阈值，这样，计算的时间必然增加。

3、遗传算法通常的效率比其他传统的优化方法低。

4、遗传算法容易过早收敛。

5、遗传算法对算法的精度、可行度、计算复杂性等方面，还没有有效的定量分析方法。

参考资料来源：百度百科-遗传算法

当前文章：遗传算法vb点虐 遗传算法能解决什么问题
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