GA записан в Java

На самом деле есть один, который является общим и существует с .net 2.0. Это называется KeyedCollection . Тем не менее, существует ограничение, заключающееся в том, что он создает ключи из значений , поэтому он не является общей коллекцией пар ключ / значение. (Хотя вы, конечно, можете использовать его как KeyedCollection> в качестве обходного пути).

Если вам нужно это как IDictionary, у него есть свойство .Dictionary.

Несколько более незначительная проблема, с которой я столкнулся, заключается в том, что это абстрактный класс, и вы должны создать его подкласс и реализовать:

protected abstract TKey GetKeyForItem(TItem item)

Я бы предпочел просто передать лямбду в конструктор для этого цель, но опять же, я думаю, что виртуальный метод немного быстрее, чем лямбда (любые комментарии по этому поводу приветствуются).

Редактировать Поскольку вопрос возник в комментариях: KeyedCollection сохраняет порядок, как он наследует от Collection , что делает (это происходит из IList. См. также документация метода Add: Добавляет объект в конец Коллекции. ).

15
задан Jon Seigel 17 May 2010 в 03:19
поделиться

6 ответов

Ниже приводится полный обзор ГА. Я старался быть очень подробным, чтобы его можно было легко закодировать на C / Java / Python / ..

/* 1. Init population */
POP_SIZE = number of individuals in the population
pop = newPop = []
for i=1 to POP_SIZE {
    pop.add( getRandomIndividual() )
}

/* 2. evaluate current population */
totalFitness = 0
for i=1 to POP_SIZE {
    fitness = pop[i].evaluate()
    totalFitness += fitness
}

while not end_condition (best fitness, #iterations, no improvement...)
{
    // build new population
    // optional: Elitism: copy best K from current pop to newPop
    while newPop.size()<POP_SIZE
    {
        /* 3. roulette wheel selection */
        // select 1st individual
        rnd = getRandomDouble([0,1]) * totalFitness
        for(idx=0; idx<POP_SIZE && rnd>0; idx++) {
            rnd -= pop[idx].fitness
        }
        indiv1 = pop[idx-1]
        // select 2nd individual
        rnd = getRandomDouble([0,1]) * totalFitness
        for(idx=0; idx<POP_SIZE && rnd>0; idx++) {
            rnd -= pop[idx].fitness
        }
        indiv2 = pop[idx-1]

        /* 4. crossover */
        indiv1, indiv2 = crossover(indiv1, indiv2)

        /* 5. mutation */
        indiv1.mutate()
        indiv2.mutate()

        // add to new population
        newPop.add(indiv1)
        newPop.add(indiv2)
    }
    pop = newPop
    newPop = []

    /* re-evaluate current population */
    totalFitness = 0
    for i=1 to POP_SIZE {
        fitness = pop[i].evaluate()
        totalFitness += fitness
    }
}

// return best genome
bestIndividual = pop.bestIndiv()     // max/min fitness indiv

Обратите внимание, что в настоящее время вам не хватает фитнес-функции (зависит от домена). Кроссовер будет простым одноточечным кроссовером (поскольку вы используете двоичное представление). Мутация может быть простым изменением бита наугад.


РЕДАКТИРОВАТЬ : Я реализовал указанный выше псевдокод на Java с учетом вашей текущей структуры кода и обозначений (имейте в виду, что я больше сторонник ac / c ++, чем java). Обратите внимание, что это ни в коем случае не самая эффективная или полная реализация, я признаю, что написал ее довольно быстро:

Individual.java

import java.util.Random;

public class Individual
{
    public static final int SIZE = 500;
    private int[] genes = new int[SIZE];
    private int fitnessValue;

    public Individual() {}

    public int getFitnessValue() {
        return fitnessValue;
    }

    public void setFitnessValue(int fitnessValue) {
        this.fitnessValue = fitnessValue;
    }

    public int getGene(int index) {
        return genes[index];
    }

    public void setGene(int index, int gene) {
        this.genes[index] = gene;
    }

    public void randGenes() {
        Random rand = new Random();
        for(int i=0; i<SIZE; ++i) {
            this.setGene(i, rand.nextInt(2));
        }
    }

    public void mutate() {
        Random rand = new Random();
        int index = rand.nextInt(SIZE);
        this.setGene(index, 1-this.getGene(index));    // flip
    }

    public int evaluate() {
        int fitness = 0;
        for(int i=0; i<SIZE; ++i) {
            fitness += this.getGene(i);
        }
        this.setFitnessValue(fitness);

        return fitness;
    }
}

Population.java

import java.util.Random;

public class Population
{
    final static int ELITISM_K = 5;
    final static int POP_SIZE = 200 + ELITISM_K;  // population size
    final static int MAX_ITER = 2000;             // max number of iterations
    final static double MUTATION_RATE = 0.05;     // probability of mutation
    final static double CROSSOVER_RATE = 0.7;     // probability of crossover

    private static Random m_rand = new Random();  // random-number generator
    private Individual[] m_population;
    private double totalFitness;

    public Population() {
        m_population = new Individual[POP_SIZE];

        // init population
        for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) {
            m_population[i] = new Individual();
            m_population[i].randGenes();
        }

        // evaluate current population
        this.evaluate();
    }

    public void setPopulation(Individual[] newPop) {
        // this.m_population = newPop;
        System.arraycopy(newPop, 0, this.m_population, 0, POP_SIZE);
    }

    public Individual[] getPopulation() {
        return this.m_population;
    }

    public double evaluate() {
        this.totalFitness = 0.0;
        for (int i = 0; i < POP_SIZE; i++) {
            this.totalFitness += m_population[i].evaluate();
        }
        return this.totalFitness;
    }

    public Individual rouletteWheelSelection() {
        double randNum = m_rand.nextDouble() * this.totalFitness;
        int idx;
        for (idx=0; idx<POP_SIZE && randNum>0; ++idx) {
            randNum -= m_population[idx].getFitnessValue();
        }
        return m_population[idx-1];
    }

    public Individual findBestIndividual() {
        int idxMax = 0, idxMin = 0;
        double currentMax = 0.0;
        double currentMin = 1.0;
        double currentVal;

        for (int idx=0; idx<POP_SIZE; ++idx) {
            currentVal = m_population[idx].getFitnessValue();
            if (currentMax < currentMin) {
                currentMax = currentMin = currentVal;
                idxMax = idxMin = idx;
            }
            if (currentVal > currentMax) {
                currentMax = currentVal;
                idxMax = idx;
            }
            if (currentVal < currentMin) {
                currentMin = currentVal;
                idxMin = idx;
            }
        }

        //return m_population[idxMin];      // minimization
        return m_population[idxMax];        // maximization
    }

    public static Individual[] crossover(Individual indiv1,Individual indiv2) {
        Individual[] newIndiv = new Individual[2];
        newIndiv[0] = new Individual();
        newIndiv[1] = new Individual();

        int randPoint = m_rand.nextInt(Individual.SIZE);
        int i;
        for (i=0; i<randPoint; ++i) {
            newIndiv[0].setGene(i, indiv1.getGene(i));
            newIndiv[1].setGene(i, indiv2.getGene(i));
        }
        for (; i<Individual.SIZE; ++i) {
            newIndiv[0].setGene(i, indiv2.getGene(i));
            newIndiv[1].setGene(i, indiv1.getGene(i));
        }

        return newIndiv;
    }


    public static void main(String[] args) {
        Population pop = new Population();
        Individual[] newPop = new Individual[POP_SIZE];
        Individual[] indiv = new Individual[2];

        // current population
        System.out.print("Total Fitness = " + pop.totalFitness);
        System.out.println(" ; Best Fitness = " + 
            pop.findBestIndividual().getFitnessValue());

        // main loop
        int count;
        for (int iter = 0; iter < MAX_ITER; iter++) {
            count = 0;

            // Elitism
            for (int i=0; i<ELITISM_K; ++i) {
                newPop[count] = pop.findBestIndividual();
                count++;
            }

            // build new Population
            while (count < POP_SIZE) {
                // Selection
                indiv[0] = pop.rouletteWheelSelection();
                indiv[1] = pop.rouletteWheelSelection();

                // Crossover
                if ( m_rand.nextDouble() < CROSSOVER_RATE ) {
                    indiv = crossover(indiv[0], indiv[1]);
                }

                // Mutation
                if ( m_rand.nextDouble() < MUTATION_RATE ) {
                    indiv[0].mutate();
                }
                if ( m_rand.nextDouble() < MUTATION_RATE ) {
                    indiv[1].mutate();
                }

                // add to new population
                newPop[count] = indiv[0];
                newPop[count+1] = indiv[1];
                count += 2;
            }
            pop.setPopulation(newPop);

            // reevaluate current population
            pop.evaluate();
            System.out.print("Total Fitness = " + pop.totalFitness);
            System.out.println(" ; Best Fitness = " +
                pop.findBestIndividual().getFitnessValue()); 
        }

        // best indiv
        Individual bestIndiv = pop.findBestIndividual();
    }
}
50
ответ дан 1 December 2019 в 00:04
поделиться

Обратите внимание, что в некоторых случаях вы можете сделать что-то вроде с лямбда-выражениями, скомпилировав их в дерево Expression , а не в делегат ( что является обманом, но может быть достаточно, чтобы помочь):

    Expression<Func<char, int, string>> func
        = (c, i) => new string(c, i);
    Console.WriteLine(func); // writes: (c, i) => new String(c, i)
    var del = func.Compile();
    string s = del('a', 5);
    Console.WriteLine(s); // writes: aaaaa

Обратите внимание, что деревья выражений .NET 4.0 могут инкапсулировать тела операторов в соответствии с исходным вопросом (обсуждаемым в конце этой статьи ), но Компилятор C # не поддерживает компиляцию кода C # в такие выражения (вам нужно делать это сложным способом).

и затем можно повторно использовать его несколько раз для выполнения выбора за O (log N) времени.

Кроме того, обратите внимание, что выбор турнира намного проще реализовать!

3
ответ дан 1 December 2019 в 00:04
поделиться

Эти другие вопросы о выборе колеса рулетки должны помочь:

В первом, I ' Я пытался объяснить , как работает колесо рулетки. Во втором, Джарод Эллиотт предоставил некоторый псевдокод . В сочетании с описанием эффективной реализации Адамски , этого должно быть достаточно, чтобы что-то заработало.

0
ответ дан 1 December 2019 в 00:04
поделиться

Идея, которую вы ищете, называется «выбор колеса рулетки». У вас еще нет установленной функции приспособленности (вы можете иметь в виду, что приспособленность каждого человека является интегральной ценностью его хромосомы), но когда вы составляете общий план, просуммируйте приспособленность всей популяции.

  • Получите случайное число (назовите его x) от 0 до общей пригодности.
  • Итерируйте по генеральной совокупности. Для каждого члена: но когда вы делаете общий план:

    1. Суммируйте приспособленность всей популяции.
    2. Получите случайное число (назовите его x) между 0 и общей приспособленностью.
    3. Итерируйте по генеральной совокупности. Для каждого члена: но когда вы делаете общий план:

      1. Суммируйте приспособленность всей совокупности.
      2. Получите случайное число (назовите его x) между 0 и общей приспособленностью.
      3. Итерируйте по генеральной совокупности. Для каждого члена:
        1. Вычтите пригодность члена из x.
        2. Если x теперь меньше или равно нулю, выберите текущий член.

      Существуют и другие эквивалентные реализации, но общая идея состоит в том, чтобы выбрать элементы с вероятностью, пропорциональной их пригодность.

      Править: Несколько замечаний по фитнес-функциям. Представление хромосомы (в вашем случае как 32-битное целое число) не зависит от функции пригодности, используемой для ее оценки. Например, при двоичном кодировании хромосома обычно рассматривается как набор битовых полей, упакованных в целое значение соответствующего размера. Затем кроссовер и мутация могут быть выполнены соответствующими операциями битовой маскировки. Если вам интересно, я могу опубликовать простой код GA, который у меня есть (на C и Python), который использует побитовые операции для реализации этих функций. Я не уверен, насколько вы комфортно владеете этими языками.

  • 1
    ответ дан 1 December 2019 в 00:04
    поделиться

    Просто момент, который стоит упомянуть. Выбор колеса рулетки (как указано в псевдокоде) не будет работать для задач минимизации - однако, он действителен для задач максимизации.

    Из-за способа, которым выбирается наиболее подходящий индивидуум, случай минимизации не работает. Подробности приведены в: Вычислительный интеллект: 2-е издание

    0
    ответ дан 1 December 2019 в 00:04
    поделиться

    Почему бы не использовать фреймворк с открытым исходным кодом, например JGAP: http://jgap.sf.net

    4
    ответ дан 1 December 2019 в 00:04
    поделиться
    Другие вопросы по тегам:

    Похожие вопросы: