【正文】 endend (6)變異操作：染色體變異采用位點變異的方式。位點變異比較簡單，針對本問題來說，就是把染色體的變異位1變?yōu)?，0變?yōu)?就可以了，其它位都保持不變。變異前染色體為： 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1變異后染色體為： 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0變異概率為 Pm，變異的目的是使其變異后的適應度大于或等于其原適應度。先選擇一個變異位進行變異，再計算它的適應度，看它是否大于或等于其原來的適應度，若不是的話就重新選擇變異位進行變異。對種群依次進行選擇、交叉、變異后就檢驗得到的新個體，當某代得到的結果滿足要求或當前代數等于結束代數時算法結束得到結果，否則重復選擇、交叉、變異操作，直到得到滿意的結果為止。 %變異操作，直接針對整個樣本集操作 muta_arr=( rand(POP_NUM, LEN) P_MUTA )。 index=find(muta_arr)。 samp_arr(index)=1samp_arr(index)。%找到最后一代中的最佳樣本[max_val, max_index]= max(fit_arr)。temp=samp_arr(max_index, :)。index=find(temp)。 %index記錄所取得物體編號 數值試驗以及結果分析程序思路分析如下：采用二進制 0I 編碼。裝入背包的物品用 1 表示，未裝入的用 0 表示，一種裝入方法用一個染色體表示，總共產生的染色體個數等于群體規(guī)模。對各個染色體計算其適應度值，淘汰適應度值最低的，復制適應度值最高的，用最高的代替最低的，這樣完成選擇；再隨機產生交叉點及相互交叉的染色體進行交叉，計算交叉后的染色體是否符合要求，即裝入背包的物品的總體積小于背包容量，若 設計（論文）專用紙22不符合則交叉失敗，重新交叉，達到交叉最多次數未交叉成功則退出；交叉完成后就進行變異，根據變異概率隨機選擇變異的染色體，隨機產生變異點進行變異，變異后也需要計算染色體是否符合要求，若不符合則變異失敗，重新變異，達到變異最多次數未變異成功則退出。這樣遺傳算法的基本步驟完成，重復以上步驟，直到設計的進化次數才退出。 算例 1A． 實驗設置與仿真結果value = [220,208,198,192,180,180,165,162,160,158,155,130,125,122,120,118,115,110,105,101,100,100,98,96,95,90,88,82,80,77,75,73,72，70,69,66,65,63,60,58,56,50,30,20,15,10,8,5,3,1]。weight = [80,82,85,70,72,70,66,50,55,25,50,55,40,48,50,32,22,60,30,32,40,38,35,32,25,28,30,22,50,30,45,30,60,50,20,65,20,25,30,10,20,25,15,10,10,10,4,4,2,1 ]。C=1000其中，value 表示背包中物品的價值，weight 表示相應物品的重量， 表示背C包的最大容量。已知該算例的最優(yōu)解為 3103。將種群規(guī)模設置為 50，最大迭代次數為 500，交叉概率為 ，變異概率為 。程序循環(huán)運行 20 次，結果如下表 21，仿真圖如22。表 21 算例 1 求解結果循環(huán)次數 迭代次數 最優(yōu)值 最差值 平均值 命中最優(yōu)解概率20 500 3103 1429 45%從表 21 可以看出在程序運行 20 次中命中了 9 次最優(yōu)解 3103，平均值為 設計（論文）專用紙23，最優(yōu)值與最差值的差值為 1674，說明遺傳算法求解背包問題不易陷入局部最優(yōu)。 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 202200160018002022220024002600280030003200 X: 10Y: 310320優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)圖 22 算例 1 運行 20 次結果仿真圖通過圖 22，可以很清楚地看到算法運行 20 次產生的最優(yōu)值、最差值以及平均值的仿真曲線。從圖中可以看出最優(yōu)值仿真曲線和平均值的仿真曲線波動不大，表明遺傳算法的尋優(yōu)能力比較好。而最差值波動相對較大一些，并且從仿真曲線圖中可看到最優(yōu)值與最差值之間的差距較大，說明種群具有一定的多樣性。B 不同參數對算法性能的影響（1）種群規(guī)模對算法性能影響設置交叉概率為 ，變異概率為 ，最大迭代次數為 500，染色體長度為50。當種群規(guī)模分別為 100、200、400、500 時，對算例 1 進行求解，所得結果如表22 所示。表 22 不同種群規(guī)模求解算例 1 的結果種群規(guī)模 總價值 總體積100 3094 996200 3095 996400 3103 1000 設計（論文）專用紙24500 3103 1000從上表可以看出，隨著種群規(guī)模的增大總價值和總體積也隨之增大，并且在種群規(guī)模為 400 的時候已命中最優(yōu)解 3103，同時在種群規(guī)模為 500 時也命中最優(yōu)解，說明種群規(guī)模增大時遺傳算法在求解背包問題的時候選擇范圍更廣，更易命中最優(yōu)解。（2）交叉概率對算法性能的影響設置變異概率為 、最大迭代次數為 500、染色體長度為 50、交叉概率分別為、、 時對算例 1 進行求解，所得結果如表 23。表 23 不同交叉概率求解算例 1 的結果交叉概率 總價值 總體積 3091 998 3095 1000 3103 1000 3103 1000 3103 1000 3103 1000 3103 1000從表 23 可以看出當交叉概率增大時與之對應的總值和總體積也隨之增加并在交叉概率為 時命中最優(yōu)解，隨著交叉概率增加大依然保持命中最優(yōu)解。說明交叉的頻率越高可以越快的收斂到最優(yōu)區(qū)域。（3）最大迭代次數對算法性能的影響設置變異概率為 、交叉概率為 、染色體長度為 50、迭代次數分別為100、200、300、500、對算例 1 運行 20 次，所得結果如表 24 所示表 24 不同迭代次數求解算例 1 的結果最大迭代次數 總價值 總體積100 3068 999 設計（論文）專用紙25200 3084 1000300 3091 1000500 3103 1000從表 24 可以看出隨著迭代次數的增加總價值和總體積也隨之增加并且在迭代500 次時命中最優(yōu)解。說明種群演化代數增加時，求得的解會更接近或者直接命中最優(yōu)解。綜上所述種群規(guī)模、交叉概率以及迭代次數的設置對于遺傳算法在求解 01 背包問題時對于命中最優(yōu)解的影響是非常明的，通過以上實驗的探究我可以看到當交叉概率為 ，迭代次數為 500 時都命中了最優(yōu)解 3103，那么我可以利用這兩個參數對算例 2 進行測試。 算例 2設物品價值為 Pi，物品重量為 Wi，物品的 Wi 重量是（1,10）的隨機數，背包最大容量為 C。Pi 與 C 的數值由以下公式得出。 5ipw??（21）12niic?（22）設置交叉概率 Pc=，迭代次數為 500，變異概率為 當物品總數分別為 50、100、150 時，對算例 2 運行 20 次，觀察種群規(guī)模分別為 50、100、200 時的結果。當物品數量為 50 時，循環(huán) 20 次的結果如表 25 和仿真圖分別如圖 24,圖 25,圖 26 所示。表 25 不同種群規(guī)模求解算例的 2 結果種群規(guī)模 迭代次數 最大值 最小值 平均值50 500 316 176 100 500 322 161 設計（論文）專用紙26200 500 324 160 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20220180200220240260280300320 X: 13Y: 316 20優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)圖 24 種群規(guī)模為 50 算例 2 的仿真圖0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20220180200220240260280300320340X: 16Y: 322 20優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)圖 25 種群規(guī)模為 100 算例 2 的仿真圖 設計（論文）專用紙270 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20220180200220240260280300320340 20優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu) X: 10Y: 324優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)圖 26 種群規(guī)模為 200 算例 2 的仿真圖當物品數為 100 時循環(huán) 20 次算例 2 的結果如表 26 和仿真圖分別圖 2圖 2圖 29 所示。表 26 算例 2 循環(huán) 20 的次結果種群規(guī)模 迭代次數 最大優(yōu)值 最小值 平均值50 500 616 396 100 500 618 378 200 500 629 377 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20350400450500550600650 20優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu) X: 1Y: 616優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)圖 27 種群規(guī)模為 50 算例 2 的仿真圖 設計（論文）專用紙280 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20350400450500550600650 20優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)X: 8Y: 618優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)圖 28 種群規(guī)模為 100 算例 2 的仿真圖0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20350400450500550600650 20優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu) X: 19Y: 629優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)圖 29 種群規(guī)模為 200 算例 2 的仿真圖當物品數為 150 時循環(huán) 20 次算例 2 的結果如表 27 和仿真圖分別圖 2圖21圖 212 所示。表 27 程序循環(huán) 20 次結果種群規(guī)模 迭代次數 最大值 最小值 平均值50 500 911 611 100 500 911 606 200 500 914 592 設計（論文）專用紙290 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20600650700750800850900950 20優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu) X: 19Y: 911優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)圖 210 種群規(guī)模為 50 循環(huán) 20 次算例 2 的仿真圖0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20600650700750800850900950 20優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu) X: 16Y: 911優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)圖 211 種群規(guī)模為 100 算例 2 的仿真圖 設計（論文）專用紙300 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20550600650700750800850900950 20優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)X: 4Y: 914優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)優(yōu)圖 212 種群規(guī)模為 200 算例 2 的仿真圖從以上的實驗結果可以看出當物品數一定時隨著種群規(guī)模的增加算例 2 循環(huán) 20次后得到的最大值呈增加趨勢唯有最小值呈減少趨勢，從仿真曲線中可以看出最大值與最小值之間的差距都很大，這也說明種群規(guī)模具有一定的多樣性。第三章 GUI 界面設計 概述圖形用戶界面（Graphical User Interface） ，簡稱 GUI，又稱圖形用戶接口，是指采用圖形方式顯示計算機操作用戶界面。與早期計算機使用的命令行界面相比，圖形界面對于用戶來說在視覺上更易于接受。GUI 的廣泛應用是當今計算機發(fā)展的重大成就之一，他極大地方便了非專業(yè)用戶的使用。人們從此不再需要死記硬背大量的命令，取而代之的是可以通過串口、菜單、按鍵等方式來方便地進行操作。大體上，GUI 界面分為視窗、標簽、菜單、圖標、按鈕等幾部分。同時，GUI 的界面設計也應該遵循下面的原則：減少用戶的認知負擔、保持界 設計（論文）專用紙31面的一致性、滿足不同目標用戶的創(chuàng)意需求、用戶界面友好性、圖標識別平衡性、圖標功能的一致性、建立界面與用戶的互動交流、更為人性化的視覺優(yōu)化、更具識別性的圖標及其他元素、更具可控性和擴充性的使用易用性。MATLAB 軟件 GUIDE 為用戶提供了一個方便高效的集成環(huán)境，所有 GUI 支持的用戶控件都集成在這個環(huán)境中，并提供界面外觀、屬性和行為相應方式的設置方法。GUIDE 將用戶保存設置好的 GUI 界面保存在一個 FIG 資源文件中，同時自動生成包含 GUI 初始化和組件界面布局控制代碼的 M 文件，為實現回調函數提供了一個參考框架。 GUI 界面設計 界面設計步驟MATLAB 的 GUI 開發(fā)環(huán)境(GUI DevelopmentEnvironment, GUIDE)提供了一套可視化的創(chuàng)建圖形窗口的