優(yōu)化算法講ppt課件(已修改)
2025-05-18 00:31 本頁(yè)面
【正文】 2022/6/3 1 第四章 遺傳算法的高級(jí)實(shí)現(xiàn)技術(shù) 2022/6/3 2 主要內(nèi)容 ? 倒位算子 ? 二倍體與顯性操作算子 ? 變長(zhǎng)度染色體遺傳算法 ? 小生境遺傳算法 ? 混合遺傳算法 2022/6/3 3 倒位算子 ? 定義：什么是倒位操作？ 所謂倒位操作（ Inverse Operation）是指顛倒個(gè)體編碼串隨機(jī)指定的二個(gè)基因座之間的基因排列順序，從而形成一個(gè)新的染色體。 2022/6/3 4 倒位算子 ? 具體操作過(guò)程 : ① 在個(gè)體編碼串中隨機(jī)指定二個(gè)基因座之后的位置為倒位點(diǎn)； ②以倒位概率 顛倒這二個(gè)倒位點(diǎn)之間的基因排列順序。 ip1 2 3 1 2 3 2022/6/3 5 倒位算子 ? 對(duì)二進(jìn)制編碼個(gè)體進(jìn)行倒位操作的示例： A： 1 1 0 ┊ 0 1 0 0 1 ┊ 1 0 A?： 1 1 0 ┊ 1 0 0 1 0 ┊ 1 0 倒位點(diǎn) 1 倒位點(diǎn) 2 倒位操作 倒位操作改變了個(gè)體編碼串的部分基因排列順序，其目的主要是為了能夠使遺傳算法更有利于生成較好的模式。 2022/6/3 6 倒位算子 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 21 23 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 S G ? 倒位算子應(yīng)用實(shí)例 2022/6/3 7 倒位算子 ? 用遺傳算法進(jìn)行機(jī)器人路徑規(guī)劃時(shí)，可取機(jī)器人移動(dòng)過(guò)程中所經(jīng)過(guò)柵格標(biāo)號(hào)的順序排列來(lái)作為一個(gè)個(gè)體（一條行走路線）的表現(xiàn)形式，如下所示即表示一條行走路線： ? PATH： 0—— 3—— 9—— 13—— 29—— 39（虛線） 若在上述行走路線的第二個(gè)路徑和第三個(gè)路徑點(diǎn)之間進(jìn)行倒位操作，可得到一條新的路線： ? PATH: 0—— 9—— 3—— 13—— 29—— 39（實(shí)線） 2022/6/3 8 二倍體與顯性操作算子 ? 二倍體結(jié)構(gòu)的生物基礎(chǔ) 生物學(xué)中 ， 二倍體 是指含有二個(gè)同源基因組 (染色體 )的個(gè)體 。 二倍體是由兩個(gè) 同源染色體 構(gòu)成的 ， 其中的每一個(gè)染色體都含有相同功能的基因信息 。 2022/6/3 9 二倍體結(jié)構(gòu)的生物基礎(chǔ) ? 二倍體結(jié)構(gòu)中各個(gè)基因有 顯性基因 和 隱性基因之分，這二類基因使個(gè)體所呈現(xiàn)出的表現(xiàn)型由下述規(guī)則來(lái)決定（ 顯性規(guī)則 ）： 在每個(gè)基因座上，當(dāng)兩個(gè)同源染色體其中之一的基因是顯性時(shí)，則該基因所對(duì)應(yīng)的性狀表現(xiàn)為顯性；而僅當(dāng)兩個(gè)同源染色體中對(duì)應(yīng)基因皆為隱性時(shí)，該基因所對(duì)應(yīng)的性狀才表現(xiàn)為隱性。 A b c D e f G A b C D e f G 二倍體結(jié)構(gòu) A b C D e f G 個(gè)體表現(xiàn)型 2022/6/3 10 二倍體結(jié)構(gòu)的生物基礎(chǔ) ? 二倍體的二個(gè)重要特性 ： ? 1） 二倍體的記憶能力 ， 它使得生物能夠記憶以前經(jīng)歷過(guò)的環(huán)境及變化 ， 使得生物的遺傳進(jìn)化過(guò)程能夠快速地適應(yīng)環(huán)境的變化 。 這個(gè)特點(diǎn)在遺傳算法中的應(yīng)用意義就在于 ， 使用二倍體結(jié)構(gòu)的遺傳算法能夠解決動(dòng)態(tài)環(huán)境下的復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題 ， 而常規(guī)的遺傳算法卻不能很好地應(yīng)用于動(dòng)態(tài)環(huán)境 ， 它難于跟蹤環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程 。 ? 2） 顯性操作的魯棒性 ， 它使得即使隨機(jī)選擇了適應(yīng)度不高的個(gè)體 ， 而在顯性操作的作用下 ， 能夠用其另一同源染色體對(duì)其進(jìn)行校正 ， 從而避免這個(gè)有害選擇所帶來(lái)的不利之處 。 這個(gè)特點(diǎn)應(yīng)用于遺傳算法中 ， 能有利于提高遺傳算法的運(yùn)算效率 ． 維護(hù)好的搜索群體 。 2022/6/3 11 二倍體結(jié)構(gòu)在遺傳算法中的實(shí)現(xiàn)方案 ? Hollstien提出了二倍體與顯性操作的 雙基因座顯性映射方法 ： 每個(gè)二進(jìn)制基因用兩個(gè)基因來(lái)描述 ， 一個(gè)稱為函數(shù)基因 ， 取通常含義的 0或 1值；另一個(gè)稱為修飾基因 ， 取值為 M或 m， 其中 M表示顯性基因 ， m表示隱性基因 。 隨后， Hollstien將這種映射關(guān)系簡(jiǎn)化為 單基因座顯性映射方法。 Hol
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