現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)概論(ppt41頁(yè))9(編輯修改稿)
2025-01-20 07:57 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 面的探討，可以看到遺傳算法與傳統(tǒng)優(yōu)化方法在本質(zhì)上有著不同之處，主要有以下幾點(diǎn)： （ 1）遺傳算法搜索種群中的點(diǎn)是并行的，而不是單點(diǎn)。 （ 2）遺傳算法并不需要輔助信息或輔助知識(shí)，只需要影響搜索方向的目標(biāo)函數(shù)和相應(yīng)的適應(yīng)度。 （ 3）遺傳算法使用概率變換規(guī)則，而不是確定的變換規(guī)則。 （ 4）遺傳算法工作使用編碼參數(shù)集，而不是自身的參數(shù)集（除了在實(shí)值個(gè)體中使用）。 ?遺傳算法的基本思想 遺傳算法是依據(jù)生物進(jìn)化中的 “ 適者生存 ” 規(guī)律的基本思想設(shè)計(jì)的，它把問(wèn)題的求解過(guò)程模擬為群體的適者生存過(guò)程，通過(guò)群體的一代代的不斷進(jìn)化（包括競(jìng)爭(zhēng)、繁殖和變異等）出現(xiàn)新群體，相當(dāng)于找出問(wèn)題的新解，最終收斂到 “ 最適應(yīng)環(huán)境 ” 的個(gè)體（解），從而求得問(wèn)題的最優(yōu)解或滿意解。 ? 遺傳算法在求解優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，都是將實(shí)際問(wèn)題的求解空間按一定的編碼方式表現(xiàn)出來(lái)，即對(duì)解空間中的各個(gè)解進(jìn)行編碼。所謂解的編碼就是把各個(gè)解用一定數(shù)目的字符串（如“ 0”和“ 1”）表示。字符串中的每一位數(shù)稱為遺傳基因，每一個(gè)字符串（即一個(gè)解的編碼）稱為一個(gè)染色體或個(gè)體。個(gè)體的集合稱為群體。遺傳算法的尋優(yōu)過(guò)程就是通過(guò)染色體的結(jié)合，即通過(guò)雙親的基因遺傳、變異和交配等，使解的編碼發(fā)生變化，從而根據(jù)“適者生存”的規(guī)律，最終找出最優(yōu)解。表1列出了生物遺傳的基本概念在遺傳算法中的體現(xiàn)。 生物遺傳的基本概念 個(gè)體和群體 染色體和 基因 適者生存 種群 交配和變異 遺傳算法中的應(yīng)用 解和解空間 解的編碼和編碼字符串中的元素 具有最好適應(yīng)度值的解將有最大可能生存 根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)選定的一組解 一種遺傳算子，產(chǎn)生新解的方法 表 1 生物遺傳與求解優(yōu)化問(wèn)題的對(duì)應(yīng)關(guān)系 遺傳算法一般由編碼與解碼、適應(yīng)度函數(shù)、遺傳算子和 控制參數(shù)等四個(gè)部分組成。 1） 由設(shè)計(jì)空間向遺傳算法編碼空間的映射稱為編碼；由編碼空間向設(shè)計(jì)空間的映射稱為解碼。用遺傳算法求解優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，必須先建立設(shè)計(jì)變量與染色體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即確定編碼和解碼的規(guī)則。這樣在遺傳算法中，其優(yōu)化問(wèn)題求解的一切過(guò)程都通過(guò)設(shè)計(jì)解的編碼與解碼來(lái)進(jìn)行。 2） 適應(yīng)度函數(shù)是用以描述個(gè)體適應(yīng)環(huán)境的程度，也是生物進(jìn)化中決定哪些染色體可以產(chǎn)生優(yōu)良后代（適者生存）的依據(jù)。一般是，個(gè)體的適應(yīng)度函數(shù)值越大，則個(gè)體性能越好，生存可能性越大；反之，若個(gè)體的適應(yīng)度函數(shù)值越小，則個(gè)體的性能越差，越有可能被淘汰。 3） 遺傳算子包括復(fù)制（或選擇）算子、交配算子和變異算子。復(fù)制算子是根據(jù)個(gè)體的優(yōu)劣程度決定在下一代是被淘汰還是被復(fù)制（即個(gè)體繼續(xù)存在，子代保持父代的基因）。交配是指兩個(gè)相互配對(duì)的染色體按某種方式相互交換其部分基因而生產(chǎn)兩個(gè)新的個(gè)體。變異是將個(gè)體編碼字符中的某些基因用其他等位基因來(lái)替換，從而生成一個(gè)新的染色體。這三個(gè)算子一般都按一定的種群復(fù)制（或選擇）概率、交配概率和變異概率隨機(jī)地進(jìn)行，造成遺傳中的子代和父代的差異。 4） 算法的控制參數(shù)包括種群的規(guī)模 M、交配率 Pc和變異率 Pm。 ?遺傳算法的計(jì)算步驟 ? 用遺傳算法求解工程優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的基本步驟如下： ? 1） 確定尋優(yōu)參數(shù)，進(jìn)行編碼。編碼時(shí)先要設(shè)置編碼長(zhǎng)度； ? 2） 隨機(jī)產(chǎn)生一組初始解（即個(gè)體）組成初始種群。初始種群中個(gè)體的數(shù)目稱作初始種群的規(guī)模； ? 3） 計(jì)算種群中各個(gè)個(gè)體的目標(biāo)函數(shù)值及其相應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)值； ? 4） 形成匹配集。根據(jù)種群中各個(gè)染色體的適應(yīng)度函數(shù)值，采取一定的選擇方法，從種群中選出適應(yīng)值較大的個(gè)染色體（其中有些染色體是重復(fù)的），稱這個(gè)染色體的集合即為匹配集。這一過(guò)程即為選擇操作
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