遗传算法的c语言程序

一需求分析1．本程序演示的是用简单遗传算法随机一个种群，然后根据所给的交叉率，变异率，世代数计算最大适应度所在的代数2．演示程序以用户和计算机的对话方式执行，即在计算机终端上显示“提示信息”之后，由用户在键盘上输入演示程序中规定的命令；相应的输入数据和运算结果显示在其后。

3．测试数据输入初始变量后用y=100*(x1*x1-x2)*(x1*x2-x2)+(1-x1)*(1-x1)其中-2.048<=x1,x2<=2.048作适应度函数求最大适应度即为函数的最大值二概要设计1．程序流程图2．类型定义int popsize; //种群大小int maxgeneration; //最大世代数double pc; //交叉率double pm; //变异率struct individual{char chrom[chromlength+1];double value;double fitness; //适应度};int generation; //世代数int best_index;int worst_index;struct individual bestindividual; //最佳个体struct individual worstindividual; //最差个体struct individual currentbest;struct individual population[POPSIZE];3．函数声明void generateinitialpopulation();void generatenextpopulation();void evaluatepopulation();long decodechromosome(char *,int,int);void calculateobjectvalue();void calculatefitnessvalue();void findbestandworstindividual();void performevolution();void selectoperator();void crossoveroperator();void mutationoperator();void input();void outputtextreport();4．程序的各函数的简单算法说明如下：（1）．void generateinitialpopulation ()和void input ()初始化种群和遗传算法参数。

input() 函数输入种群大小，染色体长度，最大世代数，交叉率，变异率等参数。

（2）void calculateobjectvalue();计算适应度函数值。

根据给定的变量用适应度函数计算然后返回适度值。

（3）选择函数selectoperator()在函数selectoperator()中首先用rand ()函数产生0～1间的选择算子，当适度累计值不为零时，比较各个体所占总的适应度百分比的累计和与选择算子，直到达到选择算子的值那个个体就被选出，即适应度为fi的个体以fi/∑fk的概率继续存在；显然，个体适应度愈高，被选中的概率愈大。

但是，适应度小的个体也有可能被选中，以便增加下一代群体的多样性。

（4）染色体交叉函数crossoveroperator()这是遗传算法中的最重要的函数之一，它是对个体两个变量所合成的染色体进行交叉，而不是变量染色体的交叉，这要搞清楚。

首先用rand ()函数产生随机概率，若小于交叉概率，则进行染色体交叉，同时交叉次数加1。

这时又要用rand()函数随机产生一位交叉位，把染色体的交叉位的后面部分交叉即可；若大于交叉概率，则进行简单的染色体复制即可。

（5）染色体变异函数mutation()变异是针对染色体字符变异的，而不是对个体而言，即个体变异的概率是一样。

随机产生比较概率，若小于变异概率，则1变为0，0变为1，同时变异次数加1。

（6）long decodechromosome(char *,int,int)本函数是染色体解码函数，它将以数组形式存储的二进制数转成十进制数，然后才能用适应度函数计算。

（7）void findbestandworstindividual()本函数是求最大适应度个体的，每一代的所有个体都要和初始的最佳比较，如果大于就赋给最佳。

（8）void outputtextreport () 输出种群统计结果输出每一代的种群的最大适应度和平均适应度，最后输出全局最大值三运行环境本程序的开发工具是VC++，在VC++下运行。

四源代码#include <stdio.h>#include<stdlib.h>#include<time.h>#include<math.h>#define POPSIZE 500#define maximization 1#define minimization 2#define cmax 100#define cmin 0#define length1 10#define length2 10#define chromlength length1+length2 //染色体长度int functionmode=maximization;int popsize; //种群大小int maxgeneration; //最大世代数double pc; //交叉率double pm; //变异率struct individual{char chrom[chromlength+1];double value;double fitness; //适应度};int generation; //世代数int best_index;int worst_index;struct individual bestindividual; //最佳个体struct individual worstindividual; //最差个体struct individual currentbest;struct individual population[POPSIZE];//函数声明void generateinitialpopulation();void generatenextpopulation();void evaluatepopulation();long decodechromosome(char *,int,int);void calculateobjectvalue();void calculatefitnessvalue();void findbestandworstindividual();void performevolution();void selectoperator();void crossoveroperator();void mutationoperator();void input();void outputtextreport();void generateinitialpopulation( ) //种群初始化{int i,j;for (i=0;i<popsize; i++){for(j=0;j<chromlength;j++){population[i].chrom[j]=(rand()%10<5)?'0':'1';}population[i].chrom[chromlength]='\0';}}void generatenextpopulation() //生成下一代{selectoperator();crossoveroperator();mutationoperator();}void evaluatepopulation() //评价个体，求最佳个体{calculateobjectvalue();calculatefitnessvalue();findbestandworstindividual();}long decodechromosome(char *string ,int point,int length) //给染色体解码{int i;long decimal=0;char*pointer;for(i=0,pointer=string+point;i<length;i++,pointer++)if(*pointer-'0'){decimal +=(long)pow(2,i);}return (decimal);}void calculateobjectvalue() //计算函数值{int i;long temp1,temp2;double x1,x2;for (i=0; i<popsize; i++){temp1=decodechromosome(population[i].chrom,0,length1);temp2=decodechromosome(population[i].chrom,length1,length2);x1=4.096*temp1/1023.0-2.048;x2=4.096*temp2/1023.0-2.048;population[i].value=100*(x1*x1-x2)* (x1*x1-x2)+(1-x1)*(1-x1);}}void calculatefitnessvalue()//计算适应度{int i;double temp;for(i=0;i<popsize;i++){if(functionmode==maximization){if((population[i].value+cmin)>0.0){temp=cmin+population[i].value;}else{temp=0.0;}}else if (functionmode==minimization){if(population[i].value<cmax){temp=cmax-population[i].value;}else{ temp=0.0;}}population[i].fitness=temp;}}void findbestandworstindividual( ) //求最佳个体和最差个体{int i;double sum=0.0;bestindividual=population[0];worstindividual=population[0];for (i=1;i<popsize; i++){if (population[i].fitness>bestindividual.fitness){bestindividual=population[i];best_index=i;}else if (population[i].fitness<worstindividual.fitness) {worstindividual=population[i];worst_index=i;}sum+=population[i].fitness;}if (generation==0){currentbest=bestindividual;}else{if(bestindividual.fitness>=currentbest.fitness){currentbest=bestindividual;}}}void performevolution() //演示评价结果{if (bestindividual.fitness>currentbest.fitness){currentbest=population[best_index];}else{population[worst_index]=currentbest;}}void selectoperator() //比例选择算法{int i,index;double p,sum=0.0;double cfitness[POPSIZE];struct individual newpopulation[POPSIZE];for(i=0;i<popsize;i++){sum+=population[i].fitness;}for(i=0;i<popsize; i++){cfitness[i]=population[i].fitness/sum;}for(i=1;i<popsize; i++){cfitness[i]=cfitness[i-1]+cfitness[i];}for (i=0;i<popsize;i++){p=rand()%1000/1000.0;index=0;while (p>cfitness[index]){index++;}newpopulation[i]=population[index];}for(i=0;i<popsize; i++){population[i]=newpopulation[i];}}void crossoveroperator() //交叉算法{int i,j;int index[POPSIZE];int point,temp;double p;char ch;for (i=0;i<popsize;i++){index[i]=i;}for (i=0;i<popsize;i++){point=rand()%(popsize-i);temp=index[i];index[i]=index[point+i];index[point+i]=temp;}for (i=0;i<popsize-1;i+=2){p=rand()%1000/1000.0;if (p<pc){point=rand()%(chromlength-1)+1;for (j=point; j<chromlength;j++){ch=population[index[i]].chrom[j];population[index[i]].chrom[j]=population[index[i+1]].chrom[j];population[index[i+1]].chrom[j]=ch;}}}}void mutationoperator() //变异操作{int i,j;double p;for (i=0;i<popsize;i++){for(j=0;j<chromlength;j++){p=rand()%1000/1000.0;if (p<pm){population[i].chrom[j]=(population[i].chrom[j]=='0')?'1':'0';}}}}void input() //数据输入{ printf("初始化全局变量:\n");printf(" 种群大小(50-500)：");scanf("%d", &popsize);if((popsize%2) != 0){printf( " 种群大小已设置为偶数\n");popsize++;};printf(" 最大世代数(100-300)：");scanf("%d", &maxgeneration);printf(" 交叉率(0.2-0.99)：");scanf("%f", &pc);printf(" 变异率(0.001-0.1)：");scanf("%f", &pm);}void outputtextreport()//数据输出{int i;double sum;double average;sum=0.0;for(i=0;i<popsize;i++){sum+=population[i].value;}average=sum/popsize;printf("当前世代=%d\n当前世代平均函数值=%f\n当前世代最高函数值=%f\n",generation,average,population[best_index].value);}void main() //主函数{ int i;printf("本程序为求函数y=100*(x1*x1-x2)*(x1*x2-x2)+(1-x1)*(1-x1)的最大值\n其中-2.048<=x1,x2<=2.048\n");generation=0;input();generateinitialpopulation();evaluatepopulation();while(generation<maxgeneration){generation++;generatenextpopulation();evaluatepopulation();performevolution();outputtextreport();}printf("\n");printf(" 统计结果: ");printf("\n");printf("最大函数值等于：%f\n",currentbest.fitness);printf("其染色体编码为：");for (i=0;i<chromlength;i++){printf("%c",currentbest.chrom[i]);}printf("\n"); }六测试结果。