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为什么遗传算法要交叉运行

发布时间:2022-09-10 17:02:03

① 遗传算法始终按照选择 交叉 变异的顺序执行 能否变更顺序为什么

首先,选择肯定是要放在前面的,因为“被交叉”和“被变异”的染色体都要经过“选择”这一操作才能被选出来啊
·至于交叉和变异,大部分人的做法都是先交叉再变异,但是我也看过一些文献是先变异再交叉的(比如:Heuristic Genetic Algorithms for General Capacitated Lot-Sizing Problems,JINXING XIE 和 JIEFANG DONG,2001),其实反正都是启发式算法,有时没有那么多道理好讲,主要看实现之后的解的质量和算法效率,而对于不同的模型,不同的规则可能也会带来不同的效率,所谓解得好才是真的好哈~

② 遗传算法的选择和交叉操作

不是随机选择的,是有规律的选,一般是等间隔选择,例如两个相邻的个体。
如图红色是一种选择方式:1&2, 3&4, 5&6, 7&8, 9&10
蓝色也是一种选择方式:1&6, 2&7, 3&8, 4&9, 5&10

当然,也要尽量避免相同个体交叉。

是否可以解决您的问题?

③ 求问基因遗传算法

摘要 您好,很高兴为您解答问题。

④ 遗传算法理解

遗传算法是一种进化算法,进化是什么哪?就是种群逐渐适应生存环境,种群中个体不断得到改良的过程。

遗传算法是一种对生物遗传的模拟、在算法中,初始化一个种群,种群中的每个染色体个体都是一种解决方案,我们通过适应性fitness来衡量这个解决方案的好坏。并对它们进行选择、变异、交叉的操作,找到最优的解决方案。

总结一下遗传算法的基本的步骤:

1.初始化一个种群,并评估每条染色体所对应个体的适应度。

2.选择、交叉、变异,产生新的种群

3.再评估每个个体的适应值,如果适应值达到要求或者达到最大循环次数,否则重复2,不断产生新种群。

知道了GA的大致流程之后、来具体分析一下细节,怎么实现吧

我们知道遗传算法起源于生物遗传,因此在种群中每个个体就是一个染色体,那如何对染色体进行编码,让它表示我们的解决方案那(就是把现实要优化的参数用编码表示成一个染色体)。这里就遇到了一个编码、解码的问题,我们将需要优化的目标编码成染色体,然后再解码为我们可以用来计算fitness的解;

一般在进行参数优化时,一般有两种方式:实数编码、二进制编码

实数编码:基因直接用实数进行表示,这样的表示方法比较简单,不用特意解码了,但是在交叉和变异时,容易过早收敛,陷入局部最优。

二进制编码:将基因用二进制的形式表示,将参数的值转化为二进制形式,这样交叉、变异时更好操作,多样性好,但是占用的存储空间大,需要解码。

染色体就称为个体。对于一次实验,个体就是需要优化参数的一种解、许多这样的个体就构成了种群。

在面对群体中那么多个体时,如何判断个体的好坏呢,就是通过适应值函数了,将解带入适应值函数,适应值越大、解越好。

在遗传算法中,我们怎么使得里面的个体变得越来越优秀呢?

核心思想就是:选择优秀的、淘汰不好的,并且为了生成更好的解,我们要尝试交叉、变异,带来新的解。

选择就是从当前的种群中选择出比较好的个体、淘汰不好的个体

常见的选择方法有:轮盘赌选择、锦标赛选择、最佳保留选择等等

轮盘赌选择就是根据每个个体fitness和种群所有fitness之和比较,确定每个个体被选中的概率,然后进行n次选择,选择n个个体构成新种群,是一种放回抽样的方式。

锦标赛就是每次从种群中选择m个个体,选择最优的,放入新种群,重复选择,直到新种群中个体数目达到n。

最佳保留选择就是在轮盘赌的基础上,将fitness个体先加进新种群,因为轮盘赌是一种概率模型,可能存在最优个体没有进入新种群的情况。

在选择之后,就要考虑产生新的、更优秀的解,为种群带来新的血液。遗传算法的思路是交叉两个优秀的解,往往get好的解。

交叉通过在经过选择的种群中,随机选择一对父母,将它们的染色体进行交叉,生成新的个体,替代原来的解。

常用的交叉方法有:单点交叉、多点交叉等等。

交叉就像生物里面,染色体交换基因一样的~但是并不是种群中所有个体都进行交叉的,实现时可以,设置一个交叉率和交叉概率,随机选择种群中两个体、随机一个数,小于交叉率就进行交叉操作,并根据交叉概率判断交叉的程度,从而生成新个体,反之就保留这两个体。

变异也是一种产生新个体的方式,通过改变个体上基因,期望产生更好的解。比如在以二进制编码的个体上,将里面的0、1进行等位变化啥的,就是0变1、1变0这样。同样也要考虑变异率、变异产生的新解是不可控的,可能很好,也可能很坏,不能像交叉一样,确保一定的效果,所以往往变异率设置的比较小。

⑤ 有关遗传算法的疑问:“以一定概率进行交叉和变异”的含义

是对每一个个体按概率操作。
不是整体随机选多少个。

问题补充里的做法是对的。

⑥ 遗传算法

优化的算法有很多种,从最基本的梯度下降法到现在的一些启发式算法,如遗传算法(GA),差分演化算法(DE),粒子群算法(PSO)和人工蜂群算法(ABC)。

举一个例子,遗传算法和梯度下降:

梯度下降和遗传算法都是优化算法,而梯度下降只是其中最基础的那一个,它依靠梯度与方向导数的关系计算出最优值。遗传算法则是优化算法中的启发式算法中的一种,启发式算法的意思就是先需要提供至少一个初始可行解,然后在预定义的搜索空间高效搜索用以迭代地改进解,最后得到一个次优解或者满意解。遗传算法则是基于群体的启发式算法。

遗传算法和梯度下降的区别是:

1.梯度下降使用误差函数决定梯度下降的方向,遗传算法使用目标函数评估个体的适应度
2.梯度下降是有每一步都是基于学习率下降的并且大部分情况下都是朝着优化方向迭代更新,容易达到局部最优解出不来;而遗传算法是使用选择、交叉和变异因子迭代更新的,可以有效跳出局部最优解
3.遗传算法的值可以用二进制编码表示,也可以直接实数表示

遗传算法如何使用它的内在构造来算出 α 和 β :

主要讲一下选择、交叉和变异这一部分:
1.选择运算:将选择算子作用于群体。选择的目的是把优秀(适应值高)的个体直接遗传到下一代。选择操作是建立在群体中个体的适应度评估基础上的。

2.交叉运算:将交叉算子作用于群体。遗传算法中起核心作用的就是交叉算子。交叉算子是将种群中的个体两两分组,按一定概率和方式交换部分基因的操作。将交叉算子作用于群体。遗传算法中起核心作用的就是交叉算子。例如:(根据概率选取50个个体,两两配对,交换x,y,比如之前两个是(x1,y1),(x2,y2),之后变成了(x1,y2),(x2,y1))

3.变异运算:将变异算子作用于群体。即是对群体中的个体串的某些基因座上的基因值作变动。(x2可能变为x2+δ,y1变为y1+δ)
种群P(t)经过选择、交叉、变异运算之后得到下一代种群P(t+1)。

遗传算法就是通过对大量的数据个体使用选择、交叉和变异方式来进化,寻找适合问题的最优解或者满意解。

遗传算法参数的用处和设置:

1.编码选择:通常使用二进制编码和浮点数编码,二进制适合精度要求不高、特征较少的情况。浮点数适合精度高、特征多的情况
2.种群:种群由个体组成,个体中的每个数字都代表一个特征,种群个体数量通常设置在40-60之间;迭代次数通常看情况定若计算时间较长可以在100内,否则1000以内都可以。
3.选择因子:通常有轮盘赌选择和锦标赛选择,轮盘赌博的特点是收敛速度较快,但优势个体会迅速繁殖,导致种群缺乏多样性。锦标赛选择的特点是群多样性较为丰富,同时保证了被选个体较优。
4.交叉因子:交叉方法有单点交叉和两点交叉等等,通常用两点交叉。交叉概率则选择在0.7-0.9。概率越低收敛越慢时间越长。交叉操作能够组合出新的个体,在串空间进行有效搜索,同时降低对种群有效模式的破坏概率。
5.变异因子:变异也有变异的方法和概率。方法有均匀变异和高斯变异等等;概率也可以设置成0.1。变异操作可以改善遗传算法的局部搜索能力,丰富种群多样性。
6.终止条件:1、完成了预先给定的进化代数;2、种群中的最优个体在连续若干代没有改进或平均适应度在连续若干代基本没有改进;3、所求问题最优值小于给定的阈值.

⑦ 遗传算法-总结

最近在做遗传算法的项目,简单记录一下。
遗传算法是模拟自然界生物进化机制的一种算法,在寻优过程中有用的保留无用的去除。包括3个基本的遗传算子:选择(selection)、交叉(crossover)和变异(mutation)。遗传操作的效果与上述3个遗传算子所取的操作概率、编码方法、群体大小、初始群体,以及适应度函数的设定密切相关。
1、种群初始化
popsize 种群大小,一般为20-100,太小会降低群体的多样性,导致早熟;较大会影响运行效率;迭代次数一般100-500;交叉概率:0.4-0.99,太小会破坏群体的优良模式;变异概率:0.001-0.1,太大搜索趋于随机。编码包括实数编码和二进制编码,可以参考遗传算法的几个经典问题,TSP、背包问题、车间调度问题。
2、选择
目的是把优化个体直接遗传到下一代或通过配对交叉产生新的个体再遗传到下一代,我大部分采用了轮盘赌的方法。具体可参考 http://my.oschina.net/u/1412321/blog/192454 轮盘赌方法各个个体的选择概率和其适应值成比例,个体适应值越大,被选择的概率也越高,反之亦然。在实际问题中,经常需要最小值作为最优解,有以下几种方法进行转换
a、0-1之间的数据,可以用1-该数值,则最小值与最大值互换;
b、 求倒数;
c、求相反数;
以上几种方法均可以将最大值变为最小值,最小值变为最大值,便于利用轮盘赌选择最优个体,根据实际情况来确定。
3、交叉
交叉即将两个父代个体的部分结构加以替换重组而生成新个体的操作,通过交叉,遗传算法的搜索能力得以飞跃提高。根据编码方法的不同,可以有以下的算法:
a、实值重组
离散重组、中间重组、线性重组、扩展线性重组
b、二进制交叉
单点交叉、多点交叉、均匀交叉、洗牌交叉、缩小代理交叉
4、变异
基本步骤:对群中所有个体以事先设定的变异概率判断是否进行变异;对进行变异的个体随机选择变异位进行变异。根据编码表示方法的不同,有实值变异和二进制变异
变异的目的:
a、使遗传算法具有局部的随机搜索能力。当遗传算法通过交叉算子已接近最优解邻域时,利用变异算子的这种局部搜索能力可以加速向最优解收敛。显然该情况下变异概率应取较小值,否则接近最优解的积木块会因为变异遭到破坏。
b、使遗传算法可维持多样性,以防止未成熟收敛现象。此时收敛概率应取较大值。
变异概率一般取0.001-0.1。
5、终止条件
当最优个体的适应度达到给定的阈值,或者最优个体的适应度和群体适应度不再上升时,或者迭代次数达到预设的代数时,算法终止。预设代数一般为100-500。
6、其它
多变量:将多个变量依次连接
多目标:一种方法是转化为单目标,例如按大小进行排序,根据排序和进行选择,可以参考 https://blog.csdn.net/paulfeng20171114/article/details/82454310

⑧ 遗传算法解决tsp问题 为什么要交叉和变异

参考答案:
第一种是定值,一般而言,交叉概率在0.9-0.97之间任取,变异概率在0.1-0.001之间任取;第二种是自适应取,按交叉或变异个体的适应度值以及当代的平均适应度值计算,每代的个体都不一样,相关公式可以查资料得到.
谢谢采纳

⑨ 遗传算法各代种群中是否都要进行交叉和变异还是有时候只交叉不变异交叉率和变异率的作用如何体现

每代种群都要按交叉率和变异率来判断是否需要进行交叉和变异,一般情况下是先从种群中用选择方法选出部分个体,然后再按交叉率和变异率来判断是否进行交叉和变异。交叉率一般较大,接近1,变异率一般较小,小于0.5。故多数情况下,交叉的作用更明显,而变异只是小概率事件。 具体可以参考:

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