无约束的遗传算法（最简单的）

最开始真正理解遗传算法，是通过这个博主的讲解，安利给小白们看一看，遗传算法的Python实现（通俗易懂），我觉得博主写的让人特别容易理解，关键是代码也不报错，然后我就照着他的代码抄了一遍，认真地理解了一下每一个模块，：编码、解码、适应度函数写法、选择、交叉和变异的实现过程，下面也谈一谈我在整个过程中的认识，以及对代码的一种通俗解释：
1、编码：这里主要运用的就是一种二进制的编码，将要求解的问题的解，从十进制的自然数以某一种方式用二进制表达出来，每一个0或1作为是一个基因位，一个数的众多基因构成一条染色体，也就是一个个体，进而众多染色体构成一个种群，所说的种群规模其实就是这些染色体的个数，最后用这个种群去参与到遗传算法的各个过程中，并且二进制的编码对于交叉和变异的操作会简单一点。
2、解码：因为适应度函数是用十进制的自然数写的，所以在每一次迭代中，要把二进制的染色体，再变成十进制的数，才能参与到适应度的计算中，就照着解码公式写出来就好了。

##解码函数def decode(pop):   return   pop.dot(2 ** np.arange(DNA_SIZE)[::-1]) *(X_max-X_min)/ float(2**DNA_SIZE-1) +X_min

适应度函数：作为遗传变异的根据，这个函数通常跟我们目标函数有关系，因为后面在选择过程中，是保留适应度值更大的个体，所以适应度值我们都认为是越大越好，那么目标函数是求最大值的时候，那也就是说适应度值越大，越接近目标，所以令适应度函数=目标函数。
目标函数求最小值时，如果也想达到这样的效果，则令适应度函数=1/目标函数。
但是在这里又遇到了一个问题，因为适应度值必须是正的，因为要求占比，但目标函数值有可能是负的，所以就做了下面的这个转换，让求出来的适应度值是正的，并且与目标函数值的变化是一致的，如果以后遇到的话，也可以尝试着自己去想表达式来解决，只要明白这个目的。

"""求解的目标表达式为：y = 10 * math.sin(5 * x) + 7 * math.cos(4 * x)x=[0,5]"""def aim(x):    return 10*np.sin(5*x)+7*np.cos(4*x)##适应度计算函数def fitnessget(pred):    return pred + 1e-3 - np.min(pred)

选择：最常用的就是轮盘赌方式，了解完他的定义之后发现他的代码实现也不难，比如有五个个体的种群，索引序号是[0,1,2,3,4]，那就是计算适应度值，并且求一下在总的适应度里面的占比，得到[0.1,0.2,0.3,0.1,0.3],然后根据这每一个个体的比例来随机抽数，得到[2,4,2,1,4],就比如两个0.3的概率最大，那么抽取到个体2和4的概率就更大，最终根据这个序号去选择种群中对应的个体，进行保留到下一代，这就实现了适应环境的留下，不适应的淘汰。

##自然选择函数（轮盘赌）def select(pop, fitness):               # print(abs(fitness))    # print(fitness.sum())    idx = np.random.choice(np.arange(pop_size), size=pop_size, replace=True,p=fitness/fitness.sum())    # print(idx)    return pop[idx]

交叉：二进制的交叉就是针对每一个个体，随机找到一个个体，然后再随机找到某几个基因位，这两个个体的这些基因位进行交换，这里我看的时间比较久，实在不懂就打印出来看看是啥咯

def change(parent, pop):    x = np.random.rand()    print('x:{}'.fORMat(x))    if x < PC:    #交叉        i_ = np.random.randint(0, pop_size, size=1)  ##随机找到要与之交叉的某一行，也就是某另一个个体        print('i_:{}'.format(i_))        cross_points = np.random.randint(0, 2, size=DNA_SIZE)##生成一个只有0和1的列表，长度等于基因长度        print('cross_points:{}'.format(cross_points))        cross_points = cross_points.astype(np.bool)  ##1的地方就是True        print('cross_points:{}'.format(cross_points))        print(np.where(cross_points==True))   ##np.where()就是找到True的地方，就是用这种方法来找到1的地方，作为交叉的基因位        print('cross_points:{}'.format(cross_points))        print('parent[cross_points]:{}'.format(parent[cross_points]))        parent[cross_points] = pop[i_, cross_points]        print('parent:{}'.format(parent))    return parent

变异：二进制的变异就很简单了，就是选择基因位，然后0变成1,1变成0，代码也比较容易实现。

def variation(child,pm):                  #变异    for point in range(DNA_SIZE):        if np.random.rand() < pm:            child[point] = 1 if child[point] == 0 else 0    # print(child)    return child

遗传算法主体

import numpy as npimport pandas as pdimport matplotlib.pyplot as plt##定义全局变量pop_size = 5  # 种群数量PC=0.6 # 交叉概率PM=0.01 #变异概率X_max=5    #最大值X_min=0     #最小值DNA_SIZE=10  #DNA长度与保留位数有关,2**10 当前保留3位小数点，这个应该是二进制考虑的问题，保留的规则可以去搜一下，有的实际问题需要实数编码的话，就直接看着所要求的问题设置编码长度就好了N_GENERATIONS=100    ##迭代次数##生成初始解，这个初始种群就是一个可行解的集合，在这样的条件下进行选择、交叉和变异操作，选出最适应当前环境的个体，也就得到了我们的最优解pop = np.random.randint(2, size=(pop_size, DNA_SIZE))   ###得到初始化种群# print(pop)X = np.arange(0,N_GENERATIONS,1)Y = [None]*N_GENERATIONS   ##先产生一个全部都是0的列表，用于存放每一次迭代的最优值，最后进行画图展示迭代过程for i in range(N_GENERATIONS):  ##上面写的选择、交叉、变异都是在一次进化中的操作，每一次迭代都要进行    #解码    # print(pop)    X_value= decode(pop)        #获取目标函数值    F_values = aim(X_value)        #获取适应值    fitness = fitnessget(F_values)    # print(fitness)    if(i==0):        max=np.max(F_values)        max_DNA = pop[np.argmax(F_values), :]  ##取取得适应度最大值的那个个体            if(max<np.max(F_values)):        max=np.max(F_values)        max_DNA=pop[np.argmax(F_values), :]            if (i % 10 == 0):        print("Most fitted value and X: \n",              np.max(F_values), decode(pop[np.argmax(F_values), :]))    #选择    pop = select(pop,fitness)    # print(pop)    pop_copy = pop.copy()    # print(pop_copy)    for index,parent in enumerate(pop):        # print(parent)        child = change(parent,pop_copy)        child = variation(child,PM)        # print(child)        pop[index] = child    Y[i] = maxprint("目标函数最大值为：",max)print("其DNA值为：",max_DNA)print("其X值为：",decode(max_DNA))plt.plot(X,Y)

结果如下：

好了，大家把上面的代码和解释全部认真读一遍，小白也能懂遗传算法了。

来源地址：https://blog.csdn.net/weixin_43697614/article/details/127541300