c++ - 遗传算法中的一点交叉

Question

我正在使用一点交叉来交叉两个人。假设我有两个人，例如

I1='10010011' 
I2='11001101'

tmp_P 是 vector 存储两个单独的 I1 和 I2。我想在 C++ 中实现一点交叉。对吗？

这是算法描述

fori=1 to N/2 (N is number of individual=2 in my case)
   if random[0,1]<=Pc //cross prob.
       pos=random_int[1,n-1]
       for k=pos+1 to n //Length of individual=8 in my case
          aux=tmp_P_i[k]
          tmp_P_i[k]=tmp_P_(i+N/2)[k]
          tmp_P_(i+N/2)[k]=aux;
       end
   end
end

我的问题是我混淆了 pos 的索引。它是从 [0 到 n-2] 随机获得的吗？这样对吗？

 //Random integer in range [min max]
int random_int(int min, int max) //range : [min, max]
{
    std::random_device rd;
    std::mt19937 gen(rd());
    std::uniform_int_distribution<> dis(min, max);
    return dis(gen);
}
//One-point Crossover
vector< vector<int> > crossover(vector< vector<int> > tmp_P)
{
    int pos=0;
    for (int i=0;i<N/2;i++)
    {
        //If random number smaller than crossover probability then do Crossover
        if(RND()<=Pc)
        {
            pos=random_int(0,n-2);//Index in C++ from 0
            int aux=0;
            for (int k=pos+1;k<n;k++)
            {
                //swat
                aux=tmp_P[i][k];
                tmp_P[i][k]=tmp_P[i+N/2][k];
                tmp_P[i+N/2][k]=aux;
            }
        }
    }
    return tmp_P;
}

Answer 1

• random_int

  出于调试目的(可重复性)，您不应该总是调用 rd()。此外，您在每次调用时都会重新创建伪 RNG。

  只调用随机设备一次，然后使用(随机)播种的伪 RNG 完成其他所有操作。作为奖励，您应该将种子值存储在日志文件中，以便稍后重播伪随机序列。

  应该是这样的:

  int random_int(int min, int max)
  {
  #if defined(NDEBUG)
    static std::mt19937 gen(std::random_device());  // or thread_local  
  #else
    static std::mt19937 gen(1234);  // or, better, thread_local
  #endif
  
    std::uniform_int_distribution<> dis(min, max);
    return dis(gen);
  }
  

• 交叉

  • pos 正确(在[0;n-2]范围内)；实际交叉位置在 [1;n-1] 范围内(跳过 0 索引是正确的，因为它会交换整个基因组)。

    你可以直接初始化pos:

     unsigned pos = random_int(1, n-1);
    
     for (unsigned k = pos; k < n; ++k)
     { /* ... */ }
    

    这样更简单。

  • 你可以使用 std::swap功能

  • 如果变量在第一次出现在代码中时习惯性地被赋予有意义的值，那么它们就不可能被意外地与无意义或未初始化的值一起使用(例如 pos/aux，参见 Why declare a variable in one line, and assign to it in the next? )
  • 如果个人的长度是固定的你也可以考虑std::bitset存储基因组

---

所以这样的事情应该可行:

unsigned random_int(unsigned min, unsigned max)
{
#if defined(NDEBUG)
  static std::mt19937 gen(std::random_device());
#else
  static std::mt19937 gen(1234u);
#endif

  std::uniform_int_distribution<> dis(min, max);
  return dis(gen);
}

std::vector<std::vector<int>> crossover(std::vector<std::vector<int>> tmp_P)
{
  const auto N = tmp_P.size();
  const auto n = tmp_P[0].size();

  for (unsigned i = 0; i < N/2; ++i)
  {
    assert(tmp_P[i].size() == n);

    // If random number smaller than crossover probability then do Crossover
    if (RND() <= Pc)
      for (unsigned k = random_int(1, n-1); k < n; ++k)
        std::swap(tmp_P[i][k], tmp_P[i + N/2][k]);
  }

  return tmp_P;
}