【正文】 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(jià)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(yùn)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(yùn)行 20次中命中了 9次最優(yōu)解 3103，平均值為，最優(yōu)值與最差值的差值為 1674，說(shuō)明遺傳算法求解背包問(wèn)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(yùn)行 20次結(jié)果仿真圖通過(guò)圖 22，可以很清楚地看到算法運(yùn)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(dòng)不大，表明遺傳算法的尋優(yōu)能力比較好。而最差值波動(dòng)相對(duì)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(shuō)明種群具有一定的多樣性。B不同參數(shù)對(duì)算法性能的影響（1）種群規(guī)模對(duì)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(zhǎng)度為50。當(dāng)種群規(guī)模分別為 100、200、400、500 時(shí)，對(duì)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(jià)值 總體積100 3094 996200 3095 996400 3103 1000500 3103 1000從上表可以看出，隨著種群規(guī)模的增大總價(jià)值和總體積也隨之增大，并且在種群規(guī)模為 400 的時(shí)候已命中最優(yōu)解 3103，同時(shí)在種群規(guī)模為 500 時(shí)也命中最優(yōu)解，說(shuō)明種群規(guī)模增大時(shí)遺傳算法在求解背包問(wèn)題的時(shí)候選擇范圍更廣，更易命中最優(yōu)解。（2）交叉概率對(duì)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(zhǎng)度為 50、交叉概率分別為、、 時(shí)對(duì)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(jià)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(shí)與之對(duì)應(yīng)的總值和總體積也隨之增加并在交叉概率為 ，隨著交叉概率增加大依然保持命中最優(yōu)解。說(shuō)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(duì)算法性能的影響設(shè)置變異概率為 、交叉概率為 、染色體長(zhǎng)度為 50、迭代次數(shù)分別為100、200、300、500、對(duì)算例 1運(yùn)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(jià)值 總體積100 3068 999200 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(jià)值和總體積也隨之增加并且在迭代500次時(shí)命中最優(yōu)解。說(shuō)明種群演化代數(shù)增加時(shí)，求得的解會(huì)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(duì)于遺傳算法在求解 01背包問(wèn)題時(shí)對(duì)于命中最優(yōu)解的影響是非常明的，通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)的探究我可以看到當(dāng)交叉概率為 ，迭代次數(shù)為 500時(shí)都命中了最優(yōu)解 3103，那么我可以利用這兩個(gè)參數(shù)對(duì)算例 2進(jìn)行測(cè)試。 2設(shè)物品價(jià)值為 Pi，物品重量為 Wi，物品的 Wi 重量是（1,10）的隨機(jī)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(shí)，對(duì)算例 2運(yùn)行 20次，觀察種群規(guī)模分別為 50、100、200 時(shí)的結(jié)果。當(dāng)物品數(shù)量為 50時(shí)，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50 500 316 176 100 500 322 161 200 500 324 160 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0 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(shí)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0 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(shí)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 0 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0 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(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出當(dāng)物品數(shù)一定時(shí)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(shì)唯有最小值呈減少趨勢(shì)，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(shuō)明種群規(guī)模具有一定的多樣性。第三章 GUI 界面設(shè)計(jì)圖形用戶界面（Graphical User Interface） ，簡(jiǎn)稱 GUI，又稱圖形用戶接口，是指采用圖形方式顯示計(jì)算機(jī)操作用戶界面。與早期計(jì)算機(jī)使用的命令行界面相比，圖形界面對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)在視覺(jué)上更易于接受。GUI 的廣泛應(yīng)用是當(dāng)今計(jì)算機(jī)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(guò)串口、菜單、按鍵等方式來(lái)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(shí)，GUI 的界面設(shè)計(jì)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(shí)別平衡性、圖標(biāo)功能的一致性、建立界面與用戶的互動(dòng)交流、更為人性化的視覺(jué)優(yōu)化、更具識(shí)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(gè)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(gè)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(gè) FIG 資源文件中，同時(shí)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)回調(diào)函數(shù)提供了一個(gè)參考框架。 GUI界面設(shè)計(jì)MATLAB的 GUI開發(fā)環(huán)境(GUI DevelopmentEnvironment, GUIDE)提供了一套可視化的創(chuàng)建圖形窗口的工具，使用用戶界面開發(fā)環(huán)境可方便的創(chuàng)建 GUI應(yīng)用程序, 它可以根據(jù)用戶設(shè)計(jì)的 GUI布局，自動(dòng)生成 M文件的框架，用戶使用這一框架編制自己的應(yīng)用程序。使用 GUIDE可以完成 GUI靜態(tài)界面制作和程序的編寫。第一步：打開 MATLAB新建 GUI出現(xiàn)如圖 31的窗口，GUI 界面提供新界面（Great New GUI）或者打開已有的文件（ Open Existing GUI）的屬性頁(yè)。新建界面可以選擇空白界面、包含有控件的模版界面、包含有軸對(duì)象和菜單的模版界面、標(biāo)準(zhǔn)詢問(wèn)窗口等選項(xiàng)。選擇任意一項(xiàng)都可以打開 GUI設(shè)計(jì)工作臺(tái)，對(duì)界面的靜態(tài)組成部分進(jìn)行的具體修改都在工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)。圖 31 GUI對(duì)話框第二步：選擇 Blank GUI點(diǎn)選 OK就可以生成一個(gè)空白的樣板如圖 32所示，打開后編輯區(qū)不會(huì)有任何 figure子對(duì)象的存在，我們可以根據(jù)程序需要進(jìn)行界面的編輯。圖 32 GUI設(shè)計(jì)界面本次設(shè)計(jì)所用到的控件介紹如下： 是觸控按鈕，可以選擇它作為程序運(yùn)行的開始按鈕； 是可編輯文本部件，可以使用作為參數(shù)的輸入框； 是靜態(tài)文本標(biāo)簽，可以將其用來(lái)為各部件注明用途； 是彈出式菜單，可以當(dāng)作算例 2中選擇物品數(shù)量的按鈕； 是列表框，可以用于顯示計(jì)算結(jié)果； 是坐標(biāo)軸部件，可以顯示指定的結(jié)果圖形。第三步：將本次設(shè)計(jì)要用到的各個(gè)控件合理布局之后形成靜態(tài)圖如下：圖 33和圖 34分別是遺傳算法求解 01背包問(wèn)題的兩個(gè)算例的靜態(tài) GUI界面。在界面中，左側(cè)為參數(shù)輸入界面，可以手動(dòng)編輯計(jì)算所需的算法參數(shù)，算例 2中加入了的物品個(gè)數(shù)選擇的選項(xiàng)。右側(cè)為結(jié)果顯示界面，在上方的 Listbox會(huì)顯示20次循環(huán)中每一次的最優(yōu)值，最差值和平均值。下方的 axes1為結(jié)果顯示的坐標(biāo)圖，可以將計(jì)算結(jié)果以坐標(biāo)圖的形式顯示出來(lái)。圖 33 算例 1的 GUI靜態(tài)圖圖 34 算例 2的 GUI靜態(tài)圖第四步：將各個(gè)控件布局好之后進(jìn)行回調(diào)函數(shù)編寫。首先，選中“循環(huán)次數(shù)” ，單擊鼠標(biāo)右鍵顯示出選擇菜單如下圖35所示。在其中選擇View Callback選項(xiàng)下的callback會(huì)出現(xiàn)如圖36所示界面。其中不同的function代表不同的功能控件按鈕，只有在相應(yīng)的控件function下編寫相應(yīng)功能才可以激活該控件。將算法程序帶入該控件函數(shù)下，在函數(shù)的末尾，加入如下功能以實(shí)現(xiàn)圖形輸出到axes中：axes() plot(1:LoopNumber,tracedo)。 title(’20次循環(huán)結(jié)果’， ’fontsize’，10) xlabel(’循環(huán)次數(shù)’， ’fontsize’，10)； ylabel(’每次循環(huán)的適應(yīng)度’， ’fontsize’，10)。 legend(’最優(yōu)值’， ’最差值’， ’平均值’) grid on。為了能夠?qū)?0次循環(huán)結(jié)果顯示在文本框中，要把存放20次循環(huán)結(jié)果的tracedo數(shù)組調(diào)用到列表listbox1中，listbox1就是該文本框的標(biāo)簽名，具體的描述如下：function listbox1_Callback(hObject, eventdata, handles)圖 35 選擇回調(diào)函數(shù)圖 36 回調(diào)函數(shù)編寫界面對(duì)做好的兩個(gè)GUI界面經(jīng)行測(cè)試首先在第一個(gè)GUI界面中經(jīng)行參數(shù)設(shè)置，輸入循環(huán)次數(shù)為20次，最大容量為1000，個(gè)體數(shù)為50，擊開始運(yùn)行，接著對(duì)第二個(gè)界面經(jīng)行參數(shù)設(shè)置，輸入循環(huán)次數(shù)為20次，最大容量為1000，個(gè)體數(shù)為50，，選擇物品總數(shù)分別為,150點(diǎn)擊運(yùn)行得到運(yùn)行結(jié)果分別如圖37，圖38,圖39,圖310所示。圖37 算例1的GUI運(yùn)行結(jié)果圖38 物品數(shù)為50的運(yùn)行結(jié)果圖39 物品數(shù)為100的