遗传算法MATLAB工具包简介

下面介绍的函数都是Sheriffed大学遗传算法工具包内的常用函数

• 复制矩阵

B=rep(A,RepN)

• 1

A表示要被复制的矩阵，RepN包含每个方向的复制次数，RepN(1)代表纵向复制次数，RepN(2)代表横向复制次数 
比如

A=[1，2;3，4];
B=rep(A,[1,2])
B=[1,2,1,2
   3,4,3,4] 

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如果是

B=rep(A,[2,1])
B=[1,2
   3,4
   1,2
   3,4]

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=-= 教材里介绍了这个，但之后没有用到哎……

• 创造种群

Chrom=crtbp(n,b)

• 1

n代表染色体个数，b代表二进制数的位数（可以理解为基因数）

• 二进制转十进制数

bs2rv(Chrom,Field)

• 1

Field是个矩阵，有如下参数

Field=[b;lowerbound;upperbound;code;scale;lbin;ubin]

• 1

各个参数的意义如下： 
 b代表二进制数串的长度，后面那俩表示原来十进制数的上下界 
 code代表编码方式，1表示二进制编码 
 scale表示每个串的刻度，0代表算数刻度，1代表对数刻度 
 lbin和ubin表示参数的取值是否包括边界，0表示不包括，1表示包括

 bs2rv(Chrom,Field)返回的是个列向量，其中每行就是原来Chrom里每行对应的十进制数

• 计算适应度值

FitnV=ranking(ObjV)

• 1

 ObjV是定义好的目标函数 
 老实讲，我没搞懂它这个ranking的返回值是什么意思。但就把它当做可以计算出各个染色体的适应值，并表明他们被传递到下一代的概率为多少的函数吧 
 就是执行算出我笔记中那张表的函数? 
 这里需要强调一点。ranking默认的是求最小，如果你要求的问题是最大，那就写成ranking(-ObjV) 
+ 根据适应度值通过选择来得到新种群

SelCh=select(SEL_F,Chrom,FitnV,GGAP)

• 1

 SEL_FeL_是个字符串，表明调用的选择函数，可以用rws(轮盘选择)或者sus（随机遍历采样） 
 GGAP代表这一代传到下一代的概率，就是新种群中的个体数为现在的几分之几 
 =-= 既然咱看的教程是拿rws讲的，那就用rws来搞

• 令新种群进行交配

SelCh = recombin(REC_F,SelCh,px)

• 1

 REC_F是个字符串，是指定交配的方式，可以用recdis或xovsp函数 
 px代表交配概率，可能就是教程里指的那个概率吧 
 recdis代表离散重组，xovsp是单点交叉 
 感觉xovsp跟之前原理中的交配方式有点像？

• 令新种群进行变异

SelCh = mut(SelCh,pm)

• 1

 pm代表变异概率，如果直接用Selch = mut(SelCh)，它会被设为缺省值0.7

• 子代插入父代 
   呃…………这个，可以理解为是父代便当了一部分，子代出生了一部分，这个操作代表的就是在子代出生父代便当后的新子群，它是把子代中的一部分和父代中的一部分混合了。混合完后得到的种群染色体总数是不变的

[Chrom,ObjVCh] = reins(Chrom, SelCh,SUBPOP,InsOpt,ObjVCh,ObjVSel)

• 1

 里面各个参数意义如下： 
 Chrom是父代，SelCh是子代 
 SUBPOP一般作为1，指明Chrom和SelCh中子种群的个数 
 InsOpt是一个最多有俩参数的向量，Insopt(1)如果是0，代表子代代替父代使用均匀随机选择，Insopts(1)如果是1，代表子代代替父代是基于适应度选择，子代代替父代中适应度最小的个体 
 Insopt(2)表示每个子种群中重插入的子代个体在整个子种群中个体的比率，如果没写，默认为1 
 ObjVCh代表Chrom里个体的目标值，ObjVSel代表SelCh中的目标值，如果子代的数量大于重插入种群中的子代数量，则ObjVSel是必需的，这种情况子代将按它们的适应度大小选择插入

值得注意的是，如果是多变量的最优化问题，那在初始化种群时虽然是把俩变量对应的基因拼在一起初始化的，但在转化为二进制，计算适应度函数时，都是分开来算的。看下面两段代码

%求sin(10*pi*X)/X的最小值
lb=1;ub=2; %函数自变量范围【1,2】
ezplot('sin(10*pi*X)/X',[lb,ub]);   %画出函数曲线
xlabel('自变量/X')
ylabel('函数值/Y')
%% 定义遗传算法参数
NIND=40;        %个体数目
MAXGEN=20;      %最大遗传代数
PRECI=20;       %变量的二进制位数
GGAP=0.95;      %代沟
px=0.7;         %交叉概率
pm=0.01;        %变异概率
trace=zeros(2,MAXGEN);                        %寻优结果的初始值
FieldD=[PRECI;lb;ub;1;0;1;1];                      %区域描述器
Chrom=crtbp(NIND,PRECI);                      %初始种群
%% 优化
gen=0;                                  %代计数器
X=bs2rv(Chrom,FieldD);                 %计算初始种群的十进制转换
ObjV=sin(10*pi*X)./X;        %计算目标函数值
while gen<MAXGEN
   FitnV=ranking(ObjV);                               %分配适应度值
   SelCh=select('sus',Chrom,FitnV,GGAP);              %选择
   SelCh=recombin('xovsp',SelCh,px);                  %重组
   SelCh=mut(SelCh,pm);                               %变异
   X=bs2rv(SelCh,FieldD);               %子代个体的十进制转换
   ObjVSel=sin(10*pi*X)./X;             %计算子代的目标函数值
   [Chrom,ObjV]=reins(Chrom,SelCh,1,1,ObjV,ObjVSel); %重插入子代到父代，得到新种群
   X=bs2rv(Chrom,FieldD);
   gen=gen+1;                                             %代计数器增加

   [Y,I]=min(ObjV);     %Y是ObjV里最小的值，I是表示它是第几个，这样就可以找出使Y最小的X
   trace(1,gen)=X(I);                            %记下每代最优值对应的X
   trace(2,gen)=Y;                               %记下每代目标函数的最优值
end

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 对于下面这段代码，需要强调这么一点: 
 它这个工具包是默认求ObjV的最小值的，如果你要求最大值，那么在ranking时就应该按照-ObjV来分配适应度值，筛选染色体 
 这样筛选出来的染色体是能让ObjV取最大值的染色体，所以在获取最优解参数时，是用 [Y,I]=max(ObjV); 而不是 [Y,I]=min(ObjV);

%求y*sin(2*pi*x)+x*cos(2*pi*y)的最大值

lbx=-2;ubx=2; %函数自变量x范围【-2,2】
lby=-2;uby=2; %函数自变量y范围【-2,2】
ezmesh('y*sin(2*pi*x)+x*cos(2*pi*y)',[lbx,ubx,lby,uby],50);   %画出函数曲线
hold on;
%% 定义遗传算法参数
NIND=40;        %个体数目
MAXGEN=50;      %最大遗传代数
PRECI=20;       %变量的二进制位数
GGAP=0.95;      %代沟
px=0.7;         %交叉概率
pm=0.01;        %变异概率
trace=zeros(3,MAXGEN);                        %寻优结果的初始值
FieldD=[PRECI PRECI;lbx lby;ubx uby;1 1;0 0;1 1;1 1];                      %区域描述器
Chrom=crtbp(NIND,PRECI*2);                      %初始种群
%% 优化
gen=0;                                  %代计数器
XY=bs2rv(Chrom,FieldD);                 %计算初始种群的十进制转换
X=XY(:,1);Y=XY(:,2);
ObjV=Y.*sin(2*pi*X)+X.*cos(2*pi*Y);        %计算目标函数值
while gen<MAXGEN
   FitnV=ranking(-ObjV);                              %分配适应度值
   SelCh=select('sus',Chrom,FitnV,GGAP);              %选择
   SelCh=recombin('xovsp',SelCh,px);                  %重组
   SelCh=mut(SelCh,pm);                               %变异
   XY=bs2rv(SelCh,FieldD);               %子代个体的十进制转换
   X=XY(:,1);Y=XY(:,2);
   ObjVSel=Y.*sin(2*pi*X)+X.*cos(2*pi*Y);             %计算子代的目标函数值
   [Chrom,ObjV]=reins(Chrom,SelCh,1,1,ObjV,ObjVSel); %重插入子代到父代，得到新种群
   XY=bs2rv(Chrom,FieldD);
   gen=gen+1;                                             %代计数器增加
   %获取每代的最优解及其序号，Y为最优解,I为个体的序号
   [Y,I]=max(ObjV);
   trace(1:2,gen)=XY(I,:);                       %记下每代的最优值
   trace(3,gen)=Y;                               %记下每代的最优值
end

代码运行过程中，可能会出现未定义函数“rep”“crtbp”问题，其原因是没有安装MATLAB遗传工具箱，具体下载：

详见http://www.ilovematlab.cn/thread-28448-1-1.html

添加路径方法

   1. 以gatbx工具箱为例，先将gatbx文件夹复制到MATLAB安装目录下的toolbox下，然后打开MATLAB，点击菜单中file ->set path，选ADD FOLDER，选择你刚才复制的那个文件夹就OK

2 .直接把文件夹添加在运行目录里面。