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集成进化算法

Jiangshan He · 项目记录 · 阅读与实践记录

raw_scores, _ = preload_data()
# 遗传算法的设置
creator.create("FitnessMax", base.Fitness, weights=(1.0,))
creator.create("Individual", list, fitness=creator.FitnessMax)
toolbox = base.Toolbox()
toolbox.register("attr_float", random.uniform, 0, 1)
toolbox.register("individual", tools.initRepeat, creator.Individual,
                 toolbox.attr_float, n=6)  # n是权重的数量
toolbox.register("population", tools.initRepeat, list, toolbox.individual)
toolbox.register("evaluate", lambda ind: evaluate(ind, raw_scores))
toolbox.register("mate", tools.cxBlend, alpha=0.5)
toolbox.register("mutate", tools.mutGaussian, mu=0, sigma=1, indpb=0.2)
toolbox.register("select", tools.selTournament, tournsize=3)
def main():
    pop = toolbox.population(n=50)  # 种群大小
    hof = tools.HallOfFame(1)
    stats = tools.Statistics(lambda ind: ind.fitness.values)
    stats.register("avg", np.mean)
    stats.register("std", np.std)
    stats.register("min", np.min)
    stats.register("max", np.max)
    algorithms.eaSimple(pop, toolbox, cxpb=0.5, mutpb=0.2, ngen=30,

                        stats=stats, halloffame=hof, verbose=True)  # ngen是迭代代数


    return pop, stats, hof

DEAP全称为Distributed Evolutionary Algorithms in Python,是一个进行进化算法计算的库。

  • FitnessMax创建了一个适应度类,它的目的是最大化某个值(这里的weights=(1.0,)意味着我们在寻找最大适应度)。
  • Individual定义了个体类,个体用列表表示,并关联了上面定义的适应度类。
  • toolboxDEAP中用来存储遗传算法函数的容器。
    • attr_float注册了一个随机生成0到1之间浮点数的函数。
    • individual创建了一个个体生成器,每个个体包含n=6个权重(由attr_float随机生成)。
    • population用来生成整个种群的个体列表。
    • evaluate是个体评估函数,这里是用raw_scores来评估个体的。
    • mate定义了配对函数,tools.cxBlend是混合交叉。
    • mutate定义了突变函数,使用高斯突变。
    • select定义了选择函数,这里使用锦标赛选择。
  1. 并行计算: 如果评估函数(evaluate)的计算成本很高,你可以考虑使用并行处理来加快适应度评估过程。DEAP库支持并行,可以通过toolbox注册并行映射函数来实现。

  2. 算法参数的调优: 交叉、变异和选择操作的参数可以进一步优化。例如,你可以调整cxBlendalpha参数或mutGaussiansigma参数以观察结果如何变化。调优这些参数通常需要多次试验以找到最佳设置。

  3. 动态调整参数: 为了避免早熟收敛或者保持种群的多样性,可以实现一个策略动态地调整交叉率和变异率。

  4. 高级选择策略: 你可能会想使用更复杂的选择策略,比如环境选择或排名选择等。

  5. 遗传算子的自定义: 你可以创建自定义的交叉和变异算子,这可能会更好地适应你的特定问题。

  6. 适应度缩放: 在某些问题中,适应度值可能需要进行缩放,以帮助算法更有效地工作。

  7. 多目标优化: 如果问题是多目标的,你可以使用多目标优化方法,如NSGA-II,它可以同时优化多个冲突的目标。

  8. 记录和分析: 进一步完善统计数据的记录,包括保存中间代的最优解,可以帮助分析算法的行为,并判断是否出现了早熟收敛。

  9. 适应度函数优化: 根据问题的特定情况,评估个体适应度的函数可能需要更复杂的逻辑来更精确地评估个体的质量。

  10. 模块化和代码组织: 确保算法和问题定义是分开的,这样就可以轻松地将算法应用到不同的问题上,或者适用不同的算法到同一问题上。