MATLAB遗传算法工具箱及其应用ppt课件

1、MATLAB遗传算法工具箱函数及其运用学号：学号：11309011姓名：黄樟姓名：黄樟导师：李昇平导师：李昇平指点教师：包能胜指点教师：包能胜汕头大学工学院汕头大学工学院 机械电子工程系机械电子工程系2019年年12月月18日日Page 2汕头大学工学院汕头大学工学院内容提要内容提要n遗传算法流程回想遗传算法流程回想n遗传算法工具箱构造遗传算法工具箱构造n遗传算法工具箱通用函数遗传算法工具箱通用函数n遗传算法工具箱运用遗传算法工具箱运用Page 3汕头大学工学院汕头大学工学院一、遗传算法流程回想 遗传算法根本流程框图生成初始种群计算顺应度选择-复制交叉变异生成新一代种群终止 ?终了个体染色体基

2、因Page 4汕头大学工学院汕头大学工学院二、遗传算法工具箱构造l本节引见的是英国苏菲尔德大学开发的遗传算法工具箱。l由于MATLAB高级言语的通用性，对问题用M文件编码，与此配对的是MATLAB先进的数据分析、可视化工具、特殊目的的运用领域工具箱和展现给运用者具有研讨遗传算法能够性的一致环境。lGA工具箱本质是个函数包，用户只需安装了这个工具箱或者软件自带了这个工具箱，就可以调用这些函数命令，从而编写出强大的MATLAB遗传算法程序。Page 5汕头大学工学院汕头大学工学院二、遗传算法工具箱构造1、种群表示和初始化函数：crtbase，crtbp，crtp。 GA工具箱支持二进制、整数和浮点

3、数的基因表示。二进制和整数种群可以运用工具箱中的crtbp建立二进制种群。crtbase是附加的功能，它提供向量描画整数表示。种群的实值可用crtrp进展初始化。在二进制代码和实值之间的变换可运用函数bs2rv，它支持格雷码和对数编码。Page 6汕头大学工学院汕头大学工学院二、遗传算法工具箱构造2、顺应度计算：ranking，scaling。 顺应度函数用于转换目的函数值，给每一个个体一个非负的价值数。这个工具箱支持Goldberg的偏移法和比率法以及贝克的线性评价算法。另外，ranking函数支持非线性评价。Page 7汕头大学工学院汕头大学工学院二、遗传算法工具箱构造3、选择函数：rei

4、ns，rws，select，sus。 这些函数根据个体的顺应度大小在知种群中选择一定数量的个体，对它的索引前往一个列向量。如今最适宜的是轮盘赌选择法即rws函数和随机遍历抽样即sus函数。高级入口函数select为选择程序，特别为多种群的运用提供了一个方便的接口界面。在这种情况下，代沟是必需的，即整个种群在每一代中没有被完全复制。reins能运用均匀的随机数或基于顺应度的重新插入。Page 8汕头大学工学院汕头大学工学院二、遗传算法工具箱构造4、交叉算子：recdis，recint，reclin，recmut，recombin，xovdp，xovdprs，xovmp，xovsh，xovshrs

5、，xovsp，xovsprs。 交叉是经过给定的概率重组一对个体而产生后代的。单点、两点和洗牌交叉是由xovsp、xovdp和xovsh函数分别完成的。减少代理交叉函数分别是：xovdprs、xovshrs和xovsprs。通用的多点交叉函数是xovmp，它提供均匀交换的支持。函数recmut提供具有突变特征的线性重组。而函数recombin是一高级入口函数，对一切交叉操作提供多子群支持入口。Page 9汕头大学工学院汕头大学工学院二、遗传算法工具箱构造5、变异算子：mut，mutate，mutbga。 二进制和整数变异操作由mut完成。实值的变异运用育种函数mutbga是有效的。mutate

6、对变异操作提供一个高级接口。Page 10汕头大学工学院汕头大学工学院二、遗传算法工具箱构造6、多子群支持：migrate。 遗传算法工具箱经过高层遗传操作函数migrate对多子群提供支持，它的一个功能是在子群中交换个体。一个单一种群经过运用工具箱中的函数修正数据构造，使其分为许多子种群，这些子种群被保管在延续的数据单元块中。高层函数如select和reins可独立地操作子种群，包含在一个数据构造中的每一个种群允许单独向前衍化。Page 11汕头大学工学院汕头大学工学院三、遗传算法工具箱通用函数几个典型工具箱函数的引见创建初始种群函数crtbp二进制串到实值转换函数bs2rv轮盘赌选择函数r

7、wsPage 12汕头大学工学院汕头大学工学院三、遗传算法工具箱通用函数1 1、函数、函数crtbpcrtbp功能：创建初始种群。功能：创建初始种群。格式：格式： 阐明：遗传算法第一步是创建由恣意染色体组成的阐明：遗传算法第一步是创建由恣意染色体组成的 原始种群。原始种群。crtbpcrtbp创建一元素为随机数的矩阵创建一元素为随机数的矩阵ChromChrom。LindNindcrtbpBaseVLindChrom,BaseVNindcrtbpBaseVLindChrom,BaseLindNindcrtbpBaseVLindChrom,向量个体数量个体长度Page 13汕头大学工学院汕头大学工

8、学院三、遗传算法工具箱通用函数例例3.11 3.11 运用函数运用函数crtbpcrtbp创建初始种群的运用举例。创建初始种群的运用举例。创建一个长度为创建一个长度为9 9、有、有6 6个个体的随机种群这里前四个基因位是根本字符个个体的随机种群这里前四个基因位是根本字符0 0，1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6，7 7，后五个基因位是根本字符，后五个基因位是根本字符0 0，1 1，2 2，3 3：BaseV=crtbaseBaseV=crtbase4 54 5，8 48 4；ChromChrom，LindLind，BaseV=crtbpBaseV=crtbp6 6，BaseVBas

9、eV；或或 Chrom Chrom，LindLind，BaseV=crtbpBaseV=crtbp66，99，8 8 8 8 4 4 4 4 4 8 8 8 8 4 4 4 4 4 ；运转得运转得011130424303307754132227551200001031011125741302221134ChromLind=9；BaseV=8 8 8 8 4 4 4 4 4 Page 14汕头大学工学院汕头大学工学院三、遗传算法工具箱通用函数2 2、函数、函数bs2rvbs2rv功能：二进制串到实值的转换。功能：二进制串到实值的转换。格式：格式：Phen=bs2rvPhen=bs2rvChrom

10、Chrom，FieldDFieldD阐明：阐明：Phen=bs2rvPhen=bs2rvChromChrom，FieldDFieldD根据译码矩根据译码矩阵阵FieldDFieldD将二进制串矩阵将二进制串矩阵ChromChrom转换为实值向量。转换为实值向量。前往矩阵前往矩阵PhenPhen包含对应的种群表现型。包含对应的种群表现型。Page 15汕头大学工学院汕头大学工学院例例3.21 3.21 函数函数bs2rvbs2rv的运用举例。的运用举例。以下二进制种群以下二进制种群ChromChrom由函数由函数crtbpcrtbp创建，表示在创建，表示在-1,10-1,10之间的一组简单之间的

11、一组简单变量，程序代码表示怎样运用函数变量，程序代码表示怎样运用函数bs2rvbs2rv将算术表示格雷码或二进制将算术表示格雷码或二进制串表示转换为实值表现型。串表示转换为实值表现型。 Chrom=crtbp(4,8) % Chrom=crtbp(4,8) %创建恣意染色体，此处为二进制串创建恣意染色体，此处为二进制串11011011000101001001000111100000Chrom三、遗传算法工具箱通用函数Page 16汕头大学工学院汕头大学工学院5236. 17277. 20615. 56223. 6Phen三、遗传算法工具箱通用函数FieldD=8； 1； 10； 1； 1； 0

12、； 0 %不包括边境 Phen=bs2rvChrom，FieldD %转换二进制到实值，运用对数刻度2980. 50706. 13961. 97843. 0PhenFieldD=8； -1； 10； 1； 0； 1； 1 %包括边境 Phen=bs2rvChrom，FieldD %转换二进制到实值，运用算术刻度Page 17汕头大学工学院汕头大学工学院三、遗传算法工具箱通用函数3 3、函数、函数rwsrws功能：轮盘赌选择。功能：轮盘赌选择。格式：格式：NewChrIx=rwsNewChrIx=rwsFitnVFitnV，NselNsel阐明：阐明：rwsrws在当前种群中按照它们的顺应度在当

13、前种群中按照它们的顺应度FitnVFitnV选择选择NselNsel个个个体繁衍。个体繁衍。FitnVFitnV是一包含种群中每个个体性能尺寸的列是一包含种群中每个个体性能尺寸的列向量，它能经过运用函数向量，它能经过运用函数rankingranking或或scalingscaling计算每个个体计算每个个体的顺应度程度来得到。的顺应度程度来得到。s4s2s1s3轮盘赌选择法表示图Page 18汕头大学工学院汕头大学工学院731152NewChrIx三、遗传算法工具箱通用函数例例3.31 3.31 轮盘赌选择方法例如。轮盘赌选择方法例如。思索思索8 8个个体的种群，假设已计算出顺应度个个体的种群

14、，假设已计算出顺应度FitnVFitnV： FitnV=1.50 FitnV=1.50；1.351.35；1.211.21；1.071.07；0.920.92；0.780.78；0.640.64；0.50.5 选择选择6 6个个体的索引：个个体的索引： NewChrIx=rws NewChrIx=rwsFitnVFitnV，6 6 NewChrIx NewChrIx成为成为算法阐明：经过计算顺应度向量的累加和完成轮盘赌选择的表格，并产算法阐明：经过计算顺应度向量的累加和完成轮盘赌选择的表格，并产生随机分布在生随机分布在00，sumsumFitnVFitnV 区间内的区间内的NselNsel个实

15、数，被选择个体个实数，被选择个体的索引经过比较向量累加和产生的编号来决议。一个个体被选择的概的索引经过比较向量累加和产生的编号来决议。一个个体被选择的概率由下式给出：率由下式给出：NjjiixfxfxF1)()()(率。是这个个体被选择的概的适应度，是个体)()(iiixFxxfPage 19汕头大学工学院汕头大学工学院四、遗传算法工具箱运用了解MATLAB窗口界面用遗传算法工具箱求一个简单函数的最值Page 20汕头大学工学院汕头大学工学院四、遗传算法工具箱运用nMATLAB任务界面当前目录当前目录阅读器窗口阅读器窗口命令窗口命令窗口任务空间任务空间阅读器窗口阅读器窗口历史命令历史命令窗口窗口Page 21汕头大学工学院汕头大学工学院四、遗传算法工具箱运用nMATLAB任务界面Page 22汕头大学工学院汕头大学工学院四、遗传算法工具箱运用n用GA工具箱函数求解：）的最大值。（其中31, 0)(2xxxfMATLAB