第4章-遗传算法ppt课件.ppt

《第4章-遗传算法ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章-遗传算法ppt课件.ppt（77页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第四章第四章 遗传算法遗传算法篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第四章第四章 遗传算法遗传算法4 41 1 从生物进化到进化计算从生物进化到进化计算 4 42 2 标准遗传算法标准遗传算法(SGA)(SGA)4 43 3 遗传算法的特点遗传算法的特点4 44 4 遗传算法理论研究遗传算法理论研究 4 45 5 遗传算法的应用遗传算法的应用 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的

2、计时计分系统是一种得分类型的系统一个人的战争，嗨呀嗨呀篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统人多力量大吼吼吼篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统优化搜索问题简介优化搜索问题简介单个体搜索单个体搜索篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统优化搜索问题简介优化搜索问题简介单个体搜索单个体搜索篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型

3、的系统优化搜索问题简介优化搜索问题简介单个体搜索单个体搜索篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统优化搜索问题简介优化搜索问题简介群体搜索群体搜索篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统优化搜索问题简介优化搜索问题简介群体搜索群体搜索篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统优化搜索问题简介优化搜索问题简介群体搜索群体搜索篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛

4、的计时计分系统是一种得分类型的系统优化搜索问题简介优化搜索问题简介群体搜索群体搜索篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统优化搜索问题简介优化搜索问题简介群体搜索群体搜索篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统如何实现高效的群体搜索呢？如何实现高效的群体搜索呢？n初始群体的产生初始群体的产生n新解的产生机制（如何根据老解产生新解？）新解的产生机制（如何根据老解产生新解？）n新解的接受策略（贪心接受新解的接受策略（贪心接受or概率接受？）概率接受？）n个体间协作

5、机制（如何共享知识？）个体间协作机制（如何共享知识？）篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统生物圈是一个自然进化（趋优）的系统。生物圈是一个自然进化（趋优）的系统。什么是进化？什么是进化？生物为什么会进化？（生物是如何进化的？）生物为什么会进化？（生物是如何进化的？）只有生物能自然进化吗？只有生物能自然进化吗？人工系统能否自然进化？如何实现？人工系统能否自然进化？如何实现？4.1 从生物进化到进化计算从生物进化到进化计算篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系

6、统n达尔文的进化论：达尔文的进化论：自然选择，适者生存自然选择，适者生存n孟德尔与摩根的遗传学理论：孟德尔与摩根的遗传学理论：n基因是决定生物特征的最基本的物质单元，基因在基因是决定生物特征的最基本的物质单元，基因在染色体上以一定的顺序和结构排列，每个基因有特染色体上以一定的顺序和结构排列，每个基因有特殊的位置并控制生物的某些特性。殊的位置并控制生物的某些特性。n基因组合的特异性决定了生物体的多样性，基因结基因组合的特异性决定了生物体的多样性，基因结构的稳定性保证了生物物种的稳定性，而基因的杂构的稳定性保证了生物物种的稳定性，而基因的杂交和变异使生物进化成为可能。交和变异使生物进化成为可能。4

7、.1 从生物进化到进化计算从生物进化到进化计算篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统生物进化过程的发生需要四个基本条件：生物进化过程的发生需要四个基本条件：1）存在由多个生物个体组成的种群；）存在由多个生物个体组成的种群；2）生生物物个个体体之之间间存存在在着着差差异异，或或群群体体具具有有多多样样性性；不不同同个个体体具具有有不不同同的的环环境境生生存存能能力力，具具有有优优良良基基因因结构的个体繁殖能力强，反之则弱。结构的个体繁殖能力强，反之则弱。3）生物能够自我繁殖；）生物能够自我繁殖；4）存在竞争（资源有限，优胜劣汰

8、）。）存在竞争（资源有限，优胜劣汰）。4.1 从生物进化到进化计算从生物进化到进化计算篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统生物群体的进化机制包括三种基本形式：生物群体的进化机制包括三种基本形式：1)1)自然选择自然选择2)2)杂交杂交3)3)突变突变外界对生物的评价反映了生物的生存价值和机会。外界对生物的评价反映了生物的生存价值和机会。4.1 从生物进化到进化计算从生物进化到进化计算篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统生物进化过程本质上是一种优化过程。

9、生物进化过程本质上是一种优化过程。进化计算（进化计算（EvolutionaryComputation,EC）包括四个重要分支：）包括四个重要分支：1）遗遗传传算算法法（GeneticAlgorithm，GA），由由JohnH.Holland教教授授等等提出；提出；2）进进化化规规划划（EvolutionaryProgramming,EP），由由LawrenceJ.Fogel等人提出；等人提出；3）进进化化策策略略（EvolutionaryStrategies,ES），由由IngoRechenberg和和Hans-PaulSchwefel提出。提出。4）遗遗传传规规划划（GeneticProgr

10、amming，GP），由由JohnR.Koza教教授授提出。提出。4.1 从生物进化到进化计算从生物进化到进化计算篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统4.2 标准遗传算法标准遗传算法产生背景：产生背景：模拟自然物种进化过程的人工系统模拟自然物种进化过程的人工系统遗传算法的遗传算法的6个基本要素：个基本要素：1）编码策略；）编码策略；2）初始群体的产生；）初始群体的产生；3）适应度函数的设计；）适应度函数的设计；4）遗传算子设计；）遗传算子设计；5）控制参数设定）控制参数设定6 6）迭代终止条件）迭代终止条件 篮球比赛是根据

11、运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统4.2 标准遗传算法标准遗传算法标准遗传算法流程：标准遗传算法流程：n1编码（问题解在算法中的表示形式）编码（问题解在算法中的表示形式）n2产生设定规模的初始群体产生设定规模的初始群体n3评估每个个体的适应度评估每个个体的适应度n4WHILE DOn1.选择选择n2.交叉交叉n3.变异变异n4.适应度评估适应度评估n5END DO 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此

12、，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统recombination10001010111001101001mutationxfphenotype spaceGenetic Algorithm00111110011000101011population of genotypescoding schemefitnessselection11001100010101110001101110100110010010111001 0010111001101001篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算法的基本描述遗传算法的基本

13、描述遗传编码遗传编码定定义义：由由问问题题空空间间向向GA编编码码空空间间的的映映射射称称为为编编码码，而而由由编码空间向问题空间的映射成为编码空间向问题空间的映射成为译码译码。问题编码一般应满足以下三个原则：问题编码一般应满足以下三个原则：1）完完备备性性（completeness）：问问题题空空间间中中的的所所有有点点都都能能能成为能成为GA编码空间中的点的表现型编码空间中的点的表现型2）健健全全性性（soundness）：GA编编码码空空间间中中的的染染色色体体位位串串必须对应问题空间中的某一潜在解。必须对应问题空间中的某一潜在解。3）非非冗冗余余性性（non-redundancy）：染

14、染色色体体和和潜潜在在解解必必须须一一对应。一一对应。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算法的基本描述遗传算法的基本描述遗传编码遗传编码根根据据模模式式定定理理，DeJong进进一一步步提提出出了了较较为为客客观观明明确确的的编编码码评评估估准准则则，称称之之为为编编码码原原理理。具具体体可可以以概概括括为为两两条规则：条规则：1）有有意意义义积积木木块块编编码码规规则则：编编码码应应易易于于生生成成与与所所求求问问题题相关的短距和低阶的积木块。相关的短距和低阶的积木块。2）最最小小字字符符集集编编码码规规则则：编编

15、码码应应采采用用最最小小字字符符集集，以以使使问题得到自然、简单的表示和描述。问题得到自然、简单的表示和描述。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算法的基本描述遗传算法的基本描述1二进制编码二进制编码连续实函数的二进制编码连续实函数的二进制编码设一维连续实函数设一维连续实函数采采用用长长度度维维L的的二二进进制制字字符符串串进进行定长编码，建立位串空间：行定长编码，建立位串空间：k=1,2,K;l=1,2,L;K=2L表示精度为表示精度为。将个体又从位串空间转换到问题空间的译码函数将个体又从位串空间转换到问题空间的译码

16、函数的公式定义为：的公式定义为：篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统4.1遗传算法的基本描述遗传算法的基本描述2其他编码其他编码1)大字符集编码（相对于二进制编码）大字符集编码（相对于二进制编码）2)序列编码（序列编码（TSP）3)实数编码实数编码4)树编码树编码5)自适应编码自适应编码6)乱序编码乱序编码 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算法的基本描述遗传算法的基本描述群体设定群体设定1。初始群体的设定。初始群体的设定一般来讲，初始群体的设定

17、可以采用如下的策略：一般来讲，初始群体的设定可以采用如下的策略：1)根根据据问问题题固固有有知知识识，设设法法把把握握最最优优解解所所占占空空间间在在整整个个问问题题空空间间中中的的分分布布范范围围，然然后后，在在此此分分布布范范围围内内设设定定初始群体。初始群体。2)先先随随机机生生成成一一定定数数目目的的个个体体，然然后后从从中中挑挑出出最最好好的的个个体体加加入入到到初初始始群群体体中中。这这一一过过程程不不断断重重复复，直直到到初初始始群体中个体数达到了预定的规模。群体中个体数达到了预定的规模。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一

18、种得分类型的系统遗传算法的基本描述遗传算法的基本描述群体设定群体设定2。群体规模的设定。群体规模的设定根根据据模模式式定定理理，若若群群体体规规模模为为M，则则遗遗传传操操作作可可从从这这M个个个个体体中中生生成成和和检检测测O(M3)个个模模式式，并并在在此此基础上不断形成和优化积木块，直到找到最优解。基础上不断形成和优化积木块，直到找到最优解。群群体体规规模模N N，模模式式阶阶i i，被被采采样样的的模模式式数数量量的的期期望望M Mi i(i=1,2,(i=1,2,),)之间满足如下关系：之间满足如下关系：群体规模一般不随迭代而变化，但也不绝对。群体规模一般不随迭代而变化，但也不绝对。

19、篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算法的基本描述遗传算法的基本描述适应度函数（评价函数）适应度函数（评价函数）1。目标函数映射成适应度函数。目标函数映射成适应度函数2。适应度函数定标。适应度函数定标1）线性定标线性定标（linearscaling）f=af+b2）截断截断（sigmatruncation）3）乘幂标乘幂标f=fK4）指数定标指数定标f=exp(-bf)篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算法的基本描述遗传算法的基本描述遗传算子

20、遗传算子包包括括三三个个基基本本遗遗传传算算子子（geneticoperator）：选选择择，交交叉叉和和变变异异。这三个遗传算子具有一些特点：这三个遗传算子具有一些特点：（1）这这三三个个算算子子的的操操作作都都是是随随机机化化操操作作，因因此此，群群体体中中个个体体向向最最优优解解迁迁移移的的规规则则是是随随机机的的。这这种种随随机机化化操操作作和和传传统统的的随随机机搜搜索索方方法法是是有有区区别别的的。遗遗传传操操作作进进行行的的是是高高效效有有向向的的搜搜索索，而而不不是是如如一一般般随机搜索方法所进行的无向搜索。随机搜索方法所进行的无向搜索。（2）遗遗传传操操作作的的效效果果和和所

21、所取取的的操操作作概概率率、编编码码方方法法、群群体体大大小小，以以及适应度函数的设定密切相关。及适应度函数的设定密切相关。（3）三三个个基基本本算算子子的的操操作作方方法法和和操操作作策策略略随随具具体体求求解解问问题题的的不不同同而而异。或者说，是和个体的编码方式直接相关。异。或者说，是和个体的编码方式直接相关。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子一、选择一、选择（selection）算子算子从从群群体体中中选选择择优优胜胜个个体体，淘淘汰汰劣劣质质个个体体的的操操作作叫叫选选择择。选选 择择 算算 子

22、子 有有 时时 又又 称称 为为 再再 生生 算算 子子（reproductionoperator）。选选择择即即从从当当前前群群体体中中选选择择适适应应度度值值高高的的个个体以生成体以生成配对池配对池（matingpool）的过程。）的过程。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子一、选择一、选择（selection）算子算子1、适应度比例选择、适应度比例选择首首先先计计算算每每个个个个体体的的适适应应度度值值，然然后后计计算算出出此此适适应应度度值值在在群群体体适适应应度度值值总总和和中中所所占占的的比比例

23、例，表表示示该该个个体体在在选选择择过过程程中中被被选选中中的的概概率率。选选择择过过程程体体现现了了生生物物进进化化过过程程中中“适适者者生生存存，优优胜胜劣劣汰汰”的的思想。思想。对对于于给给定定的的规规模模为为n的的群群体体 ，个个体体 的的适适应应度值为度值为 ，其选择概率为：，其选择概率为：问题：易出现未成熟收敛问题：易出现未成熟收敛篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子一、选择一、选择（selection）算子算子2、Boltzmann选择选择在在群群体体进进化化过过程程中中，不不同同阶阶段段需需

24、要要不不同同地地选选择择压压力力。早早期期阶阶段段选选择择压压力力较较小小，我我们们希希望望较较差差地地个个体体也也有有一一定定的的生生存存机机会会，使使得得群群体体保保持持较较高高地地多多样样性性；后后期期阶阶段段，选选择择压压力力较较大大，我我们们希希望望GA缩缩小小搜搜索索邻邻域域，加加快快当当前前最最优优解解的的改改善善速速度度。为为了了动动态态调调整整群群体体进进化化过过程程中中的的选选择择压压力力，Goldberg设设计计了了Boltzmann选选择择方方法法。个个体体选择概率为：选择概率为：篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是

25、一种得分类型的系统遗传算子遗传算子一、选择一、选择（selection）算子算子3、排序选择、排序选择排排序序选选择择方方法法是是将将群群体体中中个个体体按按其其适适应应度度值值由由大大到到小小的的顺顺序序排排成成一一个个序序列列，然然后后将将事事先先设设计计好好的的序序列列概概率率分分配配给每个个体。给每个个体。排排序序选选择择不不利利用用个个体体适适应应度度值值绝绝对对值值的的信信息息，可可以以避避免免群体进化过程中的适应度标度变换。群体进化过程中的适应度标度变换。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子一

26、、选择一、选择（selection）算子算子3、排序选择、排序选择对对于于给给定定的的规规模模为为n n的的群群体体 ，并并且且满满足足个个体体适适应应度值降序排列度值降序排列 。假假设设当当前前群群体体最最佳佳个个体体a a1 1在选择操作后的期望数量为在选择操作后的期望数量为 ，即，即；最最差差个个体体a an n在在选选择择操操作作后后的的期期望望数数量量为为 。其其它它个个体体的的期期望望数数量量按按等等差差序序列计算列计算，故排序选择概率为故排序选择概率为 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子一、

27、选择一、选择（selection）算子算子4、联赛选择、联赛选择（tournamentselection）基基本本思思想想：从从当当前前群群体体中中随随机机选选择择一一定定数数量量的的个个体体（放放回回或或者者不不放放回回），将将其其中中适适应应值值最最大大的的个个体体放放入入配配对对池池中中。反反复复执执行行这这一一过过程，直到配对池中的个体数量达到设定的值。程，直到配对池中的个体数量达到设定的值。联赛规模用联赛规模用q q表示，也称表示，也称q q-联赛选择。联赛选择。联赛选择与个体的适应度值有间接关系，注重适应度值大小的比较。联赛选择与个体的适应度值有间接关系，注重适应度值大小的比较。联

28、赛规模一般取联赛规模一般取q q=2=2。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子一、选择一、选择（selection）算子算子5、精英选择、精英选择如如果果下下一一代代群群体体的的最最佳佳个个体体适适应应度度值值小小于于当当前前群群体体最最佳佳个个体体的的适适应应度度值值，则则将将当当前前群群体体最最佳佳个个体体或或者者适适应应度度值值大大于于下下一一代代最最佳佳个个体体适适应应度度值值的的多多个个个个体体直直接接复复制制到到下下一一代代，随随机机替替代代和和替替代代最最差差的的下一代群体中的相应数量的个体。

29、下一代群体中的相应数量的个体。精英选择是群体收敛到全局最优解的一种基本保障。精英选择是群体收敛到全局最优解的一种基本保障。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子一、选择一、选择（selection）算子算子6、稳态选择、稳态选择稳稳态态选选择择操操作作中中，仅仅有有少少量量个个体体按按适适应应度度值值比比例例选选择择方方法法被被选选择择，通通过过遗遗传传操操作作生生成成新新的的个个体体。新新个个体体放放回回到到群群体体中中时时，随随机机替替代代等量的旧个体，或者替代等量的最差的旧个体。等量的旧个体，或者替代等

30、量的最差的旧个体。Holland将将稳稳态态选选择择方方法法应应用用于于分分类类器器规规则则学学习习中中，最最大大程程度度继继承承已获得的规则，实现增量学习。已获得的规则，实现增量学习。DeJong将将下下一一代代群群体体中中生生成成的的与与上上一一代代不不同同的的新新个个体体所所占占的的比比例例称称为为“代代沟沟”（generationgap）。代代沟沟越越大大，说说明明新新个个体体的的生生成成比例越高，群体搜索新的编码空间的能力（探索）越强。比例越高，群体搜索新的编码空间的能力（探索）越强。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类

31、型的系统遗传算子遗传算子二、交叉二、交叉（CrossoverCrossover）算子算子交交叉叉算算子子是是模模仿仿自自然然界界有有性性繁繁殖殖的的基基因因重重组组过过程程，其其作作用用在在于于将将已已有有的的优优良良基基因因遗遗传传给给下下一一代代个个体体，并并生生成成包包含含更更复复杂杂基基因因结结构构的的新个体。新个体。交叉操作一般分为以下几个步骤：交叉操作一般分为以下几个步骤：1）根据交叉概率，从配对池中随机取出要配对的一对个体；）根据交叉概率，从配对池中随机取出要配对的一对个体；2）根根据据位位串串长长度度L，对对要要交交叉叉的的一一对对个个体体，随随机机选选取取1,L-1中中一一个

32、或多个整数个或多个整数k作为交叉位置；作为交叉位置；3）实实施施交交叉叉操操作作，配配对对个个体体在在交交叉叉位位置置处处，相相互互交交换换各各自自的的部部分分内容，从而形成新的一对个体。内容，从而形成新的一对个体。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子二、交叉二、交叉（CrossoverCrossover）算子算子1、一点交叉、一点交叉（one-pointcrossover）位串位串A：1101|1010位串位串B：1011|0101位串位串A：1101|0101位串位串B：1011|1010篮球比赛是根据

33、运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子二、交叉二、交叉（CrossoverCrossover）算子算子1、两点交叉、两点交叉（twotwo-pointcrossover）位串位串A：11|011|010位串位串B：10|110|101位串位串A：11|110|010位串位串B：10|011|101篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子二、交叉二、交叉（CrossoverCrossover）算子算子1、多点交叉、多点交叉（multimult

34、i-pointcrossover）位串位串A：11|01|10|10位串位串B：10|11|01|01位串位串A：11|11|10|01位串位串B：10|01|01|10篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子二、交叉二、交叉（CrossoverCrossover）算子算子1、一致交叉、一致交叉一致交叉即染色体位串上的每一位按相同概率进行随机均匀交叉。一致交叉即染色体位串上的每一位按相同概率进行随机均匀交叉。一致交叉算子生成的新个体位：一致交叉算子生成的新个体位：操作描述如下：操作描述如下：，x是取值为是取值为

35、0，1上符合均匀分布的随机变量。上符合均匀分布的随机变量。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子三、变异三、变异（MutationMutation）算子算子变变异异操操作作模模拟拟自自然然界界生生物物体体进进化化中中染染色色体体上上某某位位基基因因发发生生的的突突变变现象，从而改变染色体的结构和物理性状。现象，从而改变染色体的结构和物理性状。在在标标准准遗遗传传算算法法中中，变变异异算算子子通通过过按按变变异异概概率率pm随随机机反反转转某某位位等等位基因的二进制字符值来实现。位基因的二进制字符值来实现。对于

36、给定的染色体位串对于给定的染色体位串，具体如下：，具体如下：生成新的个体生成新的个体 。其其中中，xi是是对对应应于于每每一一个个基基因因位位产产生的均匀随机变量，生的均匀随机变量，。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子四、逆转（四、逆转（InversionOperator）算子）算子逆逆转转操操作作首首先先在在个个体体位位串串上上随随机机地地选选择择两两个个点点，位位串串染染色色体体被被这这两两个个点点分分成成三三段段，将将中中间间段段的的左左右右顺顺序序倒倒转转过过来来与与另另两两段段相相连连，形成新的

37、个体位串。形成新的个体位串。例例如如：长长度度为为10的的二二进进制制位位串串，其其中中下下划划线线标标示示的的等等位位基基因因为为重重要基因：要基因：1011101101（是倒位位置）是倒位位置）经倒位后变为经倒位后变为1011011101。新新的的位位串串中中重重要要基基因因更更为为靠靠近近，被被单单点点交交叉叉算算子子分分离离的的可可能能性性大大大降低了。大降低了。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统遗传算子遗传算子四、换位（四、换位（SwapOperator）算子）算子换位操作首先在个体位串上随机地选择两个基因，将

38、这两个基因换位操作首先在个体位串上随机地选择两个基因，将这两个基因的位置互换，形成新的个体位串。的位置互换，形成新的个体位串。例如：长度为例如：长度为10的二进制位串，其中下划线标示的为随机选中的的二进制位串，其中下划线标示的为随机选中的基因：基因：1011101101经换位后变为经换位后变为1111101100篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统迭代终止条件迭代终止条件一般采用设定最大代数的方法一般采用设定最大代数的方法。其其次次，可可以以根根据据群群体体的的收收敛敛程程度度来来判判断断，通通过过计计算算种种群群中中的的

39、基基因因多多样样性性测测度度，即即所所有有基基因因位位的的相相似似性性程程度度来来进进行控制行控制。第三，根据算法的离线性能和在线性能的变化进行判定第三，根据算法的离线性能和在线性能的变化进行判定。最最后后，在在采采用用精精英英保保留留选选择择策策略略的的情情况况下下，按按每每代代最最佳佳个体的适应值的变化情况确定个体的适应值的变化情况确定。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统控制参数控制参数1 1）位位串串长长度度L L：位位串串长长度度L L的的选选择择取取决决于于特特定定问问题题解解的的精精度度。要要求求的的精精度度

40、越越高高，位位串串越越长长，但但需需要要更更多多的的计计算算时时间间。为为提提高高运运算算效效率率，变变长长度度位位串串或或者者在在当当前前所所达达到到的的较较小小可可行行域域内内重重新新编编码码，是是一一种种可可行行的的方方法法，并并显显示示了了良良好好性能。性能。2 2）群群体体规规模模n n：大大群群体体含含有有较较多多模模式式，为为遗遗传传算算法法提提供供了了足足够够的的模模式式采采样样容容量量，可可以以改改进进GAGA搜搜索索的的质质量量，防防止止成成熟熟前前收收敛敛。但但大大群群体体增增加加了了个个体体适适应应性性评评价价的的计计算算量量，从而使收敛速度降低。一般情况下建议从而使收

41、敛速度降低。一般情况下建议n n2020200200。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统控制参数控制参数3 3）交交叉叉概概率率PcPc：交交叉叉概概率率控控制制着着交交叉叉算算子子的的应应用用频频率率，在在每每一一代代新新的的群群体体中中，需需要要对对PcnPcn个个个个体体的的染染色色体体结结构构进进行行交交叉叉操操作作。交交叉叉概概率率越越高高，群群体体中中新新结结构构的的引引人人愈愈快快，已已获获得得的的优优良良基基因因结结构构的的丢丢失失速速度度也也相相应应升升高高。而而交交叉叉概概率率太太低低则则可可能能导导

42、致致搜搜索索阻阻滞滞。一一般般取取Pc=0.60Pc=0.601.001.00。4 4）变变异异概概率率PmPm：变变异异操操作作是是保保持持群群体体多多样样性性的的有有效效手手段段，交交叉叉结结束束后后，配配对对池池中中的的全全部部个个体体位位串串上上的的每每位位等等位位基基因因按按变变异异率率PmPm随随机机改改变变，因因此此每每代代中中大大约约发发生生PmPmnnL L次次变变异异。变变异异概概率率太太小小，可可能能使使某某些些基基因因位位过过早早丢丢失失的的信信息息无无法法恢恢复复；而而变变异异概概率率过过高高，则则遗遗传传搜搜索索将将变变成成随随机搜索。一般取机搜索。一般取Pm=0.

43、0050.01Pm=0.0050.01。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统控制参数控制参数从从理理论论上上来来讲讲，不不存存在在一一组组适适用用于于所所有有问问题题的的最最佳佳参参数数值值，随随着着问问题题特特征征的的变变化化，有有效效参参数数的的差差异异往往往往非非常常显显著。著。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统GA的性能评估的性能评估关关于于搜搜索索类类算算法法的的性性能能评评估估，一一般般可可以以归归纳纳为为算算法法的的求求解效率解效率和和

44、求解质量求解质量两个方面。两个方面。算算法法的的求求解解效效率率是是比比较较获获得得同同样样的的可可行行解解所所需需要要的的计计算算时间。时间。算算法法的的求求解解质质量量是是在在规规定定的的时时间间（或或者者时时间间相相关关指指标标）内所获得的可行解的优劣。内所获得的可行解的优劣。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统GA的性能评估的性能评估1 1适应值函数计算次数适应值函数计算次数该该指指标标是是指指发发现现同同样样适适应应性性的的个个体体，或或者者找找到到同同样样质质量量的的可可行行解解，所所需需要要的的关关于于个个体

45、体评评价价的的适适应应值值函函数数的的计计算算次次数数（function function evaluationsevaluations）。显显然然，该该值值越越小小说说明明相应相应GAGA的搜索效率越高。的搜索效率越高。该该指指标标不不仅仅可可以以用用于于不不同同参参数数设设置置GAGA的的性性能能比比较较，也也可可以用于以用于GAGA与其他搜索算法的比较。与其他搜索算法的比较。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统GA的性能评估的性能评估2 2在线和离线性能函数在线和离线性能函数 1 1）在在线线性性能能函函数数（on-

46、line on-line performanceperformance）：设设GAGA的的遗遗传传策策略略为为s s（包包括括LL，n n，PcPc，PmPm，算算子子形形式式等等），该该策略的在线性能：策略的在线性能：即即在在线线性性能能反反映映了了群群体体平平均均适适应应值值经经平平滑滑处处理理后后的的变变化化情况，描述了群体的整体性状和进化能力。情况，描述了群体的整体性状和进化能力。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统GA的性能评估的性能评估2 2在线和离线性能函数在线和离线性能函数 2 2）离离线线性性能能函函数数

47、（offlineperformance）：对对于于GA遗遗传策略传策略s，其离线性能，其离线性能其其中中，f(a*，t)maxf(al,t)，f(a2,t)，f(an,t)，即即当当前前群群体体中中最最佳佳个个体体的的适适应应值值。该该指指标标反反映映了了群群体体中中最最佳佳个个体体适适应应值值经经平平滑滑处处理理后后的的变变化化情情况况，描描述述了了个个体体的的进化能力和进化能力和GA的搜索能力。的搜索能力。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统GA的性能评估的性能评估3 3最优解搜索性能最优解搜索性能 GA用用于于函函数

48、数优优化化的的目目的的就就是是发发现现问问题题的的全全局局最最优优解解，所所以以通通常常采采用用当当前前群群体体发发现现的的最最佳佳可可行行解解的的改改善善情情况况作作为度量为度量GA搜索能力的基本指标。搜索能力的基本指标。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统标准遗传算法标准遗传算法(示例示例)问题问题:求函数求函数f(x)=x2的最大值的最大值,1编码（定义问题参数空间到编码空间的映射）编码（定义问题参数空间到编码空间的映射）13=0 1 1 0 124=1 1 0 0 08 =0 1 0 0 019=1 0 0 1 1

49、篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统标准遗传算法标准遗传算法(示例示例)2初始群体的生成初始群体的生成0 1 1 0 11 1 0 0 00 1 0 0 01 0 0 1 1初始种群初始种群篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统标准遗传算法标准遗传算法(示例示例)3适应度评估适应度评估f(x)=x2 0 1 1 0 1=x=13=f(x)=169 1 1 0 0 0=x=24=f(x)=576 0 1 0 0 0=x=8 =f(x)=64 1 0 0 1

50、 1=x=19=f(x)=361篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的，因此，篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统10001110100101100101100011101001011001011000111010010110010110001110100101100101标准遗传算法标准遗传算法(示例示例)遗传算子遗传算子1）选择（复制）选择（复制）inter-mediate parent population:01011110101000110001 probability of reproduction pi=fi/kfk selection is a stoc