【正文】 ... samp_arr(cross_index(i+1), cross_pos:end)。 samp_arr(cross_index(i+1), cross_pos:end)=temp_cross。 設(shè)計（論文）專用紙20 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(yīng)度大于或等于其原適應(yīng)度。先選擇一個變異位進(jìn)行變異，再計算它的適應(yīng)度，看它是否大于或等于其原來的適應(yīng)度，若不是的話就重新選擇變異位進(jìn)行變異。對種群依次進(jìn)行選擇、交叉、變異后就檢驗得到的新個體，當(dāng)某代得到的結(jié)果滿足要求或當(dāng)前代數(shù)等于結(jié)束代數(shù)時算法結(jié)束得到結(jié)果，否則重復(fù)選擇、交叉、變異操作，直到得到滿意的結(jié)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(shù)值試驗以及結(jié)果分析程序思路分析如下：采用二進(jìn)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(chǎn)生的染色體個數(shù)等于群體規(guī)模。對各個染色體計算其適應(yīng)度值，淘汰適應(yīng)度值最低的，復(fù)制適應(yīng)度值最高的，用最高的代替最低的，這樣完成選擇；再隨機產(chǎn)生交叉點及相互交叉的染色體進(jìn)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(shè)計（論文）專用紙21不符合則交叉失敗，重新交叉，達(dá)到交叉最多次數(shù)未交叉成功則退出；交叉完成后就進(jìn)行變異，根據(jù)變異概率隨機選擇變異的染色體，隨機產(chǎn)生變異點進(jìn)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(dá)到變異最多次數(shù)未變異成功則退出。這樣遺傳算法的基本步驟完成，重復(fù)以上步驟，直到設(shè)計的進(jìn)化次數(shù)才退出。 算例 1A． 實驗設(shè)置與仿真結(jié)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(yīng)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(shè)置為 50，最大迭代次數(shù)為 500，交叉概率為 ，變異概率為 。程序循環(huán)運行 20 次，結(jié)果如下表 21，仿真圖如22。表 21 算例 1 求解結(jié)果循環(huán)次數(shù) 迭代次數(shù) 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(shè)計（論文）專用紙22，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(jié)果仿真圖通過圖 22，可以很清楚地看到算法運行 20 次產(chǎn)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(shù)對算法性能的影響（1）種群規(guī)模對算法性能影響設(shè)置交叉概率為 ，變異概率為 ，最大迭代次數(shù)為 500，染色體長度為50。當(dāng)種群規(guī)模分別為 100、200、400、500 時，對算例 1 進(jìn)行求解，所得結(jié)果如表22 所示。表 22 不同種群規(guī)模求解算例 1 的結(jié)果種群規(guī)模 總價值 總體積100 3094 996200 3095 996400 3103 1000 設(shè)計（論文）專用紙23500 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(shè)置變異概率為 、最大迭代次數(shù)為 500、染色體長度為 50、交叉概率分別為、、 時對算例 1 進(jìn)行求解，所得結(jié)果如表 23。表 23 不同交叉概率求解算例 1 的結(jié)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(dāng)交叉概率增大時與之對應(yīng)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(shù)對算法性能的影響設(shè)置變異概率為 、交叉概率為 、染色體長度為 50、迭代次數(shù)分別為100、200、300、500、對算例 1 運行 20 次，所得結(jié)果如表 24 所示表 24 不同迭代次數(shù)求解算例 1 的結(jié)果最大迭代次數(shù) 總價值 總體積100 3068 999 設(shè)計（論文）專用紙24200 3084 1000300 3091 1000500 3103 1000從表 24 可以看出隨著迭代次數(shù)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(shù)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(shù)的設(shè)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(dāng)交叉概率為 ，迭代次數(shù)為 500 時都命中了最優(yōu)解 3103，那么我可以利用這兩個參數(shù)對算例 2 進(jìn)行測試。 算例 2設(shè)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(shù)，背包最大容量為 C。Pi 與 C 的數(shù)值由以下公式得出。 5ipw??（21）12niic?（22）設(shè)置交叉概率 Pc=，迭代次數(shù)為 500，變異概率為 當(dāng)物品總數(shù)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(jié)果。當(dāng)物品數(shù)量為 50 時，循環(huán) 20 次的結(jié)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(jié)果種群規(guī)模 迭代次數(shù) 最大值 最小值 平均值50 500 316 176 100 500 322 161 設(shè)計（論文）專用紙25200 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(shè)計（論文）專用紙260 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(dāng)物品數(shù)為 100 時循環(huán) 20 次算例 2 的結(jié)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(jié)果種群規(guī)模 迭代次數(shù) 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(shè)計（論文）專用紙270 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(dāng)物品數(shù)為 150 時循環(huán) 20 次算例 2 的結(jié)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(jié)果種群規(guī)模 迭代次數(shù) 最大值 最小值 平均值50 500 911 611 100 500 911 606 200 500 914 592 設(shè)計（論文）專用紙280 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(shè)計（論文）專用紙290 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(jié)果可以看出當(dāng)物品數(shù)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(shè)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(yīng)用是當(dāng)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(jìn)行操作。大體上，GUI 界面分為視窗、標(biāo)簽、菜單、圖標(biāo)、按鈕等幾部分。同時，GUI 的界面設(shè)計也應(yīng)該遵循下面的原則：減少用戶的認(rèn)知負(fù)擔(dān)、保持界 設(shè)計（論文）專用紙30面的一致性、滿足不同目標(biāo)用戶的創(chuàng)意需求、用戶界面友好性、圖標(biāo)識別平衡性、圖標(biāo)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(biāo)及其他元素、更具可控性和擴(kuò)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(yīng)方式的設(shè)置方法。GUIDE 將用戶保存設(shè)置好的 GUI 界面保存在一個 F