原文:进化计算简介和遗传算法的实现--AForge.NET框架的使用(六)

开学了,各种忙起来了…

上一篇介绍了AForge.NET在人工神经网络上的一点点使用,但是老觉不过瘾。matlab用着实在不习惯,就又琢磨了一下进化计算。

进化计算简介

进化计算算不上新的方法了,已经有大量研究人员作出了努力,这导致了大量的进化计算算法出现。他们不仅研究算法本身,还致力于扩大算法的应用范围。

众所周知,现实世界存在大量复杂问题,它们中一部分无法用常规方法在合理的时间内获得精确解,而另一部分甚至没有行之有效的解决方案。

最著名的例子就是TSP问题,该问题意在寻求单一旅行者由起点出发,通过所有给定的需求点之后,最后再回到原点的最小路径成本。

而进化计算可以应用于这些问题,因为大多数情况下这类问题允许我们在合理时间内给出较优解。

进化计算并不能保证找到特定问题的最佳解决方案,但是可以找到一个很好的解决办法,该方案可能是非常接近的最佳解决方案。

进化算法的分支和运用

进化计算是一些算法的统称,主要包括Genetic Algorithms (GA遗传算法), Genetic Programming (GP遗传规划) 和 Gene Expression Programming (GEP基因表达式编程)。

进化算法主要可以解决以下类别问题:

1.函数优化

2.符号回归

3.时间序列预测

4.旅行商问题

遗传算法简介

Genetic Algorithms(遗传算法)最早由John Holland基于进化观点在1960提出。从那时起相关研究不断进行。

大部分研究成果运用到很多领域,并取得了很好的效果。虽然遗传算法的历史悠久,但是目前还是不断有新的方法被提出,扩宽了运用领域。

遗传算法基于达尔文的“适者生存”理论和遗传学机理的生物进化过程。算法作用于每一代的基因,而每个基因都是问题的可能解。

一般遗传算法的运用有以下4个步骤:

1.随机选择个体,并进行交叉

2.变异

3.计算适应度

4.选择下一个世代的个体

算法的停止条件一般是指定的迭代数目完成或者得到一个可靠解。

交叉算法中最简单的单点交叉,即随机选择两个基因的一个点,交换两个基因的一部分。

基因1:0 0 0 1 1 0 1
基因2:1 0 0 1 0 0 0
结果  :0 0 0 1 0 0 0

还有一种不错的方式是两点交叉,随机选择两个基因的两个点,交换两个点之间的部分。

变异一般用单点变异

基因1:0 1 0 0 1 0 1
结果  :0 1 0 0 0 0 1

用Aforge.Net实现遗传算法

我觉得Aforge.Net的优越就在于不是提供特定的实现,而是重在提供一个可以扩展的框架,方便学习和研究。

我以函数最优化为例。函数我选用:x^0.5+sin(x/23)*30 范围从0到100

先用matlab估计一下最优值

建立适应度评价函数;

public class MyOwnFunction : OptimizationFunction1D 
{
public MyOwnFunction()
: base(new AForge.Range(, ))
{
} public override double OptimizationFunction(double x)
{
return Math.Sqrt(x)+ Math.Sin(x/)*; }
}

遗传算法主要的类是Population类。它容纳了所有的染色体,提供了适应度评价方法、编码方式和选择方式。

MyOwnFunction f = new MyOwnFunction(); 
Population population = new Population(,new BinaryChromosome(),f,new EliteSelection());

这段代码的意思是适应度函数使用自定义的MyOwnFunction,编码使用二进制编码,长度为32,每个世代个体数目为40,选择方式为“精英取舍”。

这个名字很霸气,其实就是排个序,然后把不好的移除而已,代码如下;

public class EliteSelection : ISelectionMethod 
{
/// <summary>
/// Initializes a new instance of the <see cref="EliteSelection"/> class.
/// </summary>
public EliteSelection( ) { } /// <summary>
/// Apply selection to the specified population.
/// </summary>
///
/// <param name="chromosomes">Population, which should be filtered.</param>
/// <param name="size">The amount of chromosomes to keep.</param>
///
/// <remarks>Filters specified population keeping only specified amount of best
/// chromosomes.</remarks>
///
public void ApplySelection( List<IChromosome> chromosomes, int size )
{
// sort chromosomes
chromosomes.Sort( ); // remove bad chromosomes
chromosomes.RemoveRange( size, chromosomes.Count - size );
}
}

一般情况可以使用赌轮盘的方式进行下一个世代的选择。完整代码:

Console.WriteLine("Start!"); 
MyOwnFunction f = new MyOwnFunction();
Population population = new Population(,
new BinaryChromosome(),f,new EliteSelection());
population.RunEpoch();
double goodX=f.Translate(population.BestChromosome);
Console.WriteLine("Best Chromosome === >{0}", goodX);
Console.WriteLine("Best Result === >{0}", f.OptimizationFunction(goodX));
Console.WriteLine("Over!");
Console.ReadLine();

效果:

基本符合,和matlab估算的值差了0.0002左右。

如果要输出最后世代的所有结果,可以使用

for (int i = ; i < population.Size; i++) 
{
Console.WriteLine("chromosome{0} == >{1}", i, f.Evaluate(population[i]));
}

结果如下图:

写在最后:

1.个人觉得AForge.NET用着比matlab方便,因为它的整体架构比较统一,而不像matlab是由工具箱提供的,使用风格迥异。

2.AForge.Net的进化计算这块远远比神经网络部分完整,基本不需要自己实现什么。

3.AForge.Fuzzy中的隶属度函数的表示实现不够丰富,只实现了中间型的两种,我扩写了其他种类的,等整理好了就发出来。

进化计算简介和遗传算法的实现--AForge.NET框架的使用(六)的更多相关文章

  1. 人工神经网络简介和单层网络实现AND运算--AForge.NET框架的使用(五)

    原文:人工神经网络简介和单层网络实现AND运算--AForge.NET框架的使用(五) 前面4篇文章说的是模糊系统,它不同于传统的值逻辑,理论基础是模糊数学,所以有些朋友看着有点迷糊,如果有兴趣建议参 ...

  2. 模糊集合和隶属度函数--AForge.NET框架的使用(一)

    原文:模糊集合和隶属度函数--AForge.NET框架的使用(一) 什么是AForge.NET? AForge.NET是一个为开发人员和研究人员开发的框架,它可以用于计算机视觉,遗传算法,图像处理,神 ...

  3. 模糊系统架构和简单实现--AForge.NET框架的使用(四)

    原文:模糊系统架构和简单实现--AForge.NET框架的使用(四) 先说一下,为什么题目是简单实现,因为我实在没有弄出好的例子. 我原来用AForge.net做的项目中的模糊系统融入了神经网络和向量 ...

  4. 子句判断、启动强度和去模糊化--AForge.NET框架的使用(三)

    原文:子句判断.启动强度和去模糊化--AForge.NET框架的使用(三) 使用AForge.NET进行模糊运算 上一篇说来一些模糊运算的数学问题,用AForge.NET做相关运算就很简单了. 1.联 ...

  5. 模糊语意变数、规则和模糊运算--AForge.NET框架的使用(二)

    原文:模糊语意变数.规则和模糊运算--AForge.NET框架的使用(二) 语意变数(Linguistic Variable) 语意变数存储了数个语意量(标签),每个语意量包含一个识别名和模糊集合.在 ...

  6. 基于AForge.Net框架的扑克牌识别

    原文:基于AForge.Net框架的扑克牌识别 © 版权所有 野比 2012 原文地址:点击查看 作者:Nazmi Altun Nazmi Altun著,野比 译  下载源代码 - 148.61 KB ...

  7. Dubbo简介---搭建一个最简单的Demo框架

    Dubbo背景和简介 Dubbo开始于电商系统,因此在这里先从电商系统的演变讲起. 单一应用框架(ORM) 当网站流量很小时,只需一个应用,将所有功能如下单支付等都部署在一起,以减少部署节点和成本.  ...

  8. GuavaCache简介(一)是轻量级的框架 少量数据,并且 过期时间相同 可以用 GuavaCache

    还有一篇文章是讲解redis 如何删除过期数据的,参考:Redis的内存回收策略和内存上限(阿里) 划重点:在GuavaCache中,并不存在任何线程!它实现机制是在写操作时顺带做少量的维护工作(如清 ...

  9. 【DWR系列01】-DWR简介及入门例子

    .literal { background-color: #f2f2f2; border: 1px solid #cccccc; padding: 1px 3px 0; white-space: no ...

随机推荐

  1. top -Hp pid 显示所有的线程

    可以显示所有的线程 top -Hp pid [root@jiangyi01.sqa.zmf /home/ahao.mah] #top -Hp 41330 top - 22:49:40 up 27 da ...

  2. Unity3D基础学习 NGUI自带Tooltip制作提示文字

    简介 NGUI自带的的例子Character中含有一个Tooltip,可以鼠标悬浮到某对象时显示提示文字.非常方便. 创建UITooltip 首先你需要在场景NGUi相机下建立一个空物体我把它命名为T ...

  3. ASP.NET MVC 3 Model【通过一简单实例一步一步的介绍】

    今天主要讲Model的两个方面: 1. ASP.Net MVC 3 Model 简介 通过一简单的事例一步一步的介绍 2. ASP.Net MVC 3 Model 的一些验证 MVC 中 Model ...

  4. ndroid调用平台功能具体技巧分享

    Android操作系统那个可以通过调用手机平台来实现一些特定的功能,诸如网页的显示,邮件的发送等等.那么今天就为大家总结了几个Android调用平台功能的应用技巧,帮助大家增加编程经验. Androi ...

  5. Struts2框架具体解释

    在Struts2的Model-View-Controller模式实现下面五个核心组件: 动作-Actions 拦截器-Interceptors 值栈/OGNL 结果/结果类型 视图技术 Struts ...

  6. Lucene自定义扩展QueryParser

    Lucene版本:4.10.2 在使用lucene的时候,不可避免的需要扩展lucene的相关功能来实现业务的需要,比如搜索时,需要在满足一个特定范围内的document进行搜索,如年龄在20和30岁 ...

  7. UVa 340 Master-Mind Hints (优化查找&复制数组)

    340 - Master-Mind Hints Time limit: 3.000 seconds http://uva.onlinejudge.org/index.php?option=com_on ...

  8. android api 中文 (73)—— AdapterView

    前言 本章内容是android.widget.AdapterView,版本为Android 2.3 r1,翻译来自"cnmahj",欢迎大家访问他的博客:http://androi ...

  9. 全球最流行的66款App的共同规律

    根据苹果AppStore.Google Play.App Annie.亚马逊 AppStore及Windows Phone 应用商店历年的公开数据统计,以下66个非游戏类应用正在全球范围内流行,持续时 ...

  10. 大型系统开发sql优化总结(转)

    Problem Description: 1.每个表的结构及主键索引情况 2.每个表的count(*)记录是多少 3.对于创建索引的列,索引的类型是什么?count(distinct indexcol ...