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我用java写了一个简单的遗传算法程序。它所做的是最大化由染色体中的位表示的十进制值。不知何故突变没有按预期工作,例如当只有一个基因发生变化时,会导致两个基因发生突变。我在那里包含的打印语句显示了哪些要突变,但除此之外还有更多的染色体发生突变。我不知道问题是什么:-(
这是我的 java 类。
Gene.java
public class Gene {
private int value;
public Gene() {
value = Math.random() < 0.5 ? 0 : 1;
}
public Gene(int value) {
if (value != 0 && value != 1) {
throw new IllegalArgumentException("value must be either 0 or 1");
}
else {
this.value = value;
}
}
public void mutate() {
value = 1 - value;
}
public int value() {
return value;
}
@Override
public String toString() {
return String.valueOf(value);
}
}
Chromosome.java
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Chromosome implements Comparable {
private ArrayList<Gene> genes;
private final int chromosomeLength;
public Chromosome(int length) {
this.genes = new ArrayList<>();
this.chromosomeLength = length > 0 ? length : 16;
for (int i = 0; i < chromosomeLength; i++) {
this.genes.add(i, new Gene());
}
}
public List<Gene> getAllele(int fromIndex, int toIndex) {
return new ArrayList<>(genes.subList(fromIndex, toIndex));
}
public void setAllele(int fromIndex, List<Gene> allele) {
int lastIndex = fromIndex + allele.size();
if (lastIndex > chromosomeLength) {
throw new IndexOutOfBoundsException("the allele exceeds beyond the size of the chromosome");
}
for (int i = fromIndex, j = 0; i < lastIndex; i++, j++) {
genes.set(i, allele.get(j));
}
}
public int getChromosomeLength() {
return chromosomeLength;
}
public void setGeneAt(int index, Gene gene) {
genes.set(index, gene);
}
public Gene getGeneAt(int index) {
return genes.get(index);
}
public int value() {
return Integer.parseInt(this.toString(), 2);
}
@Override
public String toString() {
StringBuilder chromosome = new StringBuilder("");
genes.stream().forEach((Gene g) -> chromosome.append(g));
return chromosome.toString();
}
@Override
public int compareTo(Object anotherChromosome) {
Chromosome c = (Chromosome) anotherChromosome;
return this.value() - c.value();
}
}
GenePool.java
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
public class GenePool {
private final ArrayList<Chromosome> genePool;
private final int genePoolSize;
private final int chromosomeLength;
private final double crossOverRate;
private final double mutationRate;
private int[] crossPoints;
public GenePool(int numOfChromosome, int chromosomeLength, double crossOverRate, double mutationRate) {
this.genePoolSize = numOfChromosome;
this.chromosomeLength = chromosomeLength > 0 ? chromosomeLength : 16;
this.crossOverRate = crossOverRate;
this.mutationRate = mutationRate;
crossPoints = new int[1];
crossPoints[0] = this.chromosomeLength / 2;
genePool = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < numOfChromosome; i++) {
genePool.add(new Chromosome(chromosomeLength));
}
}
public int getGenePoolSize() {
return genePoolSize;
}
public Chromosome getChromosomeAt(int index) {
return genePool.get(index);
}
public void setChromosomeAt(int index, Chromosome c) {
genePool.set(index, c);
}
public int getChromosomeLength() {
return chromosomeLength;
}
public Chromosome[] crossOver(Chromosome c1, Chromosome c2) {
Chromosome[] offsprings = new Chromosome[2];
offsprings[0] = new Chromosome(c1.getChromosomeLength());
offsprings[1] = new Chromosome(c1.getChromosomeLength());
Chromosome[] parentChromosomes = {c1, c2};
int selector = 0;
for (int i = 0, start = 0; i <= crossPoints.length; i++) {
int crossPoint = i == crossPoints.length ? c1.getChromosomeLength() : crossPoints[i];
offsprings[0].setAllele(start, parentChromosomes[selector].getAllele(start, crossPoint));
offsprings[1].setAllele(start, parentChromosomes[1 - selector].getAllele(start, crossPoint));
selector = 1 - selector;
start = crossPoint;
}
return offsprings;
}
public void mutateGenePool() {
int totalGeneCount = genePoolSize * chromosomeLength;
System.out.println("Mutating genes:");
for (int i = 0; i < totalGeneCount; i++) {
double prob = Math.random();
if (prob < mutationRate) {
System.out.printf("Chromosome#: %d\tGene#: %d\n", i / chromosomeLength, i % chromosomeLength);
genePool.get(i / chromosomeLength).getGeneAt(i % chromosomeLength).mutate();
}
}
System.out.println("");
}
public int getLeastFitIndex() {
int index = 0;
int min = genePool.get(index).value();
int currentValue;
for (int i = 1; i < genePoolSize; i++) {
currentValue = genePool.get(i).value();
if (currentValue < min) {
index = i;
min = currentValue;
}
}
return index;
}
public void saveFittest(ArrayList<Chromosome> offsprings) {
// sort in ascending order
offsprings.sort(null);
offsprings.stream().forEach((offspring) -> {
int leastFitIndex = getLeastFitIndex();
if (offspring.value() > genePool.get(leastFitIndex).value()) {
genePool.set(leastFitIndex, offspring);
}
});
}
public void evolve(int noOfGeneration) {
for (int generation = 1; generation <= noOfGeneration; generation++) {
System.out.println("Generation :" + generation);
ArrayList<Integer> selection = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < genePoolSize; i++) {
if (Math.random() <= crossOverRate) {
selection.add(i);
}
}
if (selection.size() % 2 == 1) {
selection.remove(selection.size() - 1);
}
ArrayList<Chromosome> offsprings = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < selection.size(); i += 2) {
int index1 = selection.get(i);
int index2 = selection.get(i + 1);
offsprings.addAll(Arrays.asList(crossOver(genePool.get(index1), genePool.get(index2))));
}
System.out.println("Before saving the offsprings");
displayChromosomes(genePool, "GenePool");
displayChromosomes(offsprings, "Offsprings");
saveFittest(offsprings);
System.out.println("Before mutation:");
displayChromosomes(genePool, "GenePool");
mutateGenePool();
System.out.println("After mutation:");
displayChromosomes(genePool, "GenePool");
System.out.println("\n\n");
}
}
public void displayChromosomes(ArrayList<Chromosome> geneList, String name) {
System.out.println(name);
if (geneList.isEmpty()) {
System.out.println("Empty list");
}
geneList.stream().forEach((c) -> {
System.out.println(c + " -> " + c.value());
});
System.out.println("");
}
}
GADemo.java
public class GADemo {
public static void main(String[] args) {
GenePool gp = new GenePool(6, 8, 0.25, 0.01);
gp.evolve(10);
}
}
经过数代进化后,所有染色体都趋向于完全相同或非常相似。问题是这个值不是那么多位的最大值,有时甚至是一个很小的值。例如,对于 8 位,值应该(倾向于)接近 255,但在我的代码中并没有这样做。请有人提供提示在哪里/如何寻找和解决问题。
最佳答案
关注这些行并想象引用。这些来自 setAllele()
for (int i = fromIndex, j = 0; i < lastIndex; i++, j++) {
genes.set(i, allele.get(j));
}
您基本上是将引用从一个复制到另一个。它们是相同的基因
,因此无论您对这些基因进行何种突变,都会影响其他染色体
。
您必须生成 deep copy在这里。
关于java - 无法定位这个简单的遗传算法程序中的问题,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/31383332/
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