多種群多編碼遺傳算法通用控件MPGA 1.5
HBD 2007
(一) 多種群多編碼遺傳算法通用控件介紹
設計遺傳算法通用控件的目的是向用戶(hù)提供一個(gè)工程優(yōu)化工具箱, 利用此工具箱用戶(hù)可以方便地把遺傳算法加入自己的軟件中來(lái)優(yōu)化用戶(hù)自己定義的目標函數。用戶(hù)只需要提供目標函數，再加入相應的設置代碼后便可以用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，使用戶(hù)從繁瑣的遺傳算法編程中脫離出來(lái)，把注意力集中到目標函數的設計上來(lái)。
采用控件把遺傳算法封裝起來(lái)的好處是可以適用于各種開(kāi)發(fā)平臺如：VC++、VB、Delphi等等，另外利用控件的消息處理，用戶(hù)可以方便的加入目標函數和計算結果通知函數。
多種群多編碼遺傳算法通用控件并不是采用簡(jiǎn)單的標準遺傳算法，而是采用了一系列的改進(jìn)方法：
1. 實(shí)現了多種編碼：二進(jìn)制編碼、實(shí)數編碼、整數編碼。用戶(hù)可以自行選擇。
2. 其次實(shí)現了多種群進(jìn)化，種群的數量由用戶(hù)定義，每個(gè)種群的編碼方式也是用戶(hù)自定義。每個(gè)種群的進(jìn)化都是在獨立的線(xiàn)程中的，多種群進(jìn)化時(shí)進(jìn)化線(xiàn)程是并發(fā)的，如有5個(gè)種群進(jìn)化，便有5個(gè)線(xiàn)程同時(shí)并發(fā)優(yōu)化。種群間的個(gè)體是可以移民的，每隔一定的進(jìn)化代數后，每個(gè)種群或引入其他種群的優(yōu)良個(gè)體，或輸出自己的優(yōu)良個(gè)體到其他種群。每個(gè)種群的編碼方式、交叉函數、變異函數、交叉概率、變異概率、保留比率都可以互不相同，保證了各種群的多樣性。
3. 每個(gè)種群的進(jìn)化都采用了精英法則，加速了收斂速度。
(二) 多種群多編碼遺傳算法通用控件的使用方法
1. 注冊控件
開(kāi)始菜單－》運行，輸入
regsvr32 相應目錄\MPGA.ocx
2. 加入控件到自己的工程
在VC++下，在設計窗單擊右鍵選擇”Insert ActiveX control”在彈出的窗體中選擇MPGA
3. 響應消息
為控件添加兩個(gè)消息響應函數。
兩個(gè)消息分別為GetEvaluation和 Report, 在響應GetEvaluation消息函數中添加目標函數，Report消息響應函數得到當前計算出的最優(yōu)解。
4. 關(guān)聯(lián)控件變量
為控件關(guān)聯(lián)一個(gè)變量，如m_ga。
5. 添加目標函數
目標函數添加到GetEvaluation消息函數，消息函數原型如下：
void CTestmpDlg::OnGetEvaluationMpgactrl1(long iPopulation, long iIndividual, double FAR* Evaluation)
iPopulation 表示第幾個(gè)種群
iIndividual 表示種群中的第幾個(gè)個(gè)體
Evaluation 表示要傳回的評價(jià)值
舉例：
{
double x1,x2;
x1=m_ga.GetVarFromInd(iPopulation,iIndividual,0);
x2=m_ga.GetVarFromInd(iPopulation,iIndividual,1);
(*Evaluation)=-20*exp(-0.2*sqrt(0.5*(x1*x1+x2*x2)))-exp(0.5*(cos(2*3.1415926*x1)+cos(2*3.1415926*x2)))+22.71282;
}
在這個(gè)目標函數的例子中，優(yōu)化變量有兩個(gè)x1,x2。通過(guò)函數m_ga.GetVarFromInd(iPopulation,iIndividual,0)得到當前的變量值，0表示變量的編號，即第0個(gè)變量。
(*Evaluation)=-20*exp(-0.2*sqrt(0.5*(x1*x1+x2*x2)))-exp(0.5*(cos(2*3.1415926*x1)+cos(2*3.1415926*x2)))+22.71282;此句話(huà)便把目標函數給出，目標函數為：
-20*exp(-0.2*sqrt(0.5*(x1*x1+x2*x2)))-exp(0.5*(cos(2*3.1415926*x1)+cos(2*3.1415926*x2)))+22.71282
6. 添加 Report函數
Report消息響應函數被調用時(shí)，即控件通知軟件計算出結果，一般是每隔幾代報告一個(gè)，這是可以設置的具體見(jiàn)接口說(shuō)明。Report消息響應函數原型為：
void CTestmpDlg::OnReportMpgactrl1(long iGeneration, long iPopulation, double Evaluation)
iGeneration 表示當前進(jìn)化到第幾代
iPopulation 表示第幾個(gè)種群
Evaluation 表示但前計算出的最佳目標函數值
舉例：
{ CString str;
double x1,x2;
x1=m_ga.GetVarFromBestInd(0);
x2=m_ga.GetVarFromBestInd(1);
str.Format("Generation=%d Population=%d Evaluation%f :\r\n",iGeneration,iPopulation,Evaluation);
disstr+=str;
str.Format("1--%f 2--%f\r\n\r\n",x1,x2);
disstr+=str;
this->SetDlgItemText(IDC_EDIT1,disstr);
}
在此例中有兩個(gè)優(yōu)化變量，當前最佳個(gè)體的變量是通過(guò)函數m_ga.GetVarFromBestInd(0)得到的，0代表變量的編號，即第0個(gè)變量。得到之后顯示結果給用戶(hù)。
7. 添加初始化及運行代碼
舉例：
void CTestmpDlg::OnOK()
{
m_ga.RestGA();
m_ga.AddPopulation(1,100,0,0.9,0,0.1,60);//增加一個(gè)種群
//1-實(shí)數編碼 100-種群規模 0-交叉方法 0.9-交叉概率 0-變異方法 0.1-變異概率 60-保留百分比
m_ga.AddPopulation(0,500,0,0.8,0,0.03,70); //增加一個(gè)種群
//1-二進(jìn)制編碼 500-種群規模 0-交叉方法 0.8-交叉概率 0-變異方法 0.03-變異概率 70-保留百分比
m_ga.AddVariable(-5,5,20,0);//增加一個(gè)變量
//-5-變量的下限 5-變量的上限 20-若為二進(jìn)制編碼為二進(jìn)制編碼長(cháng)度 0-非整數
m_ga.AddVariable(-5,5,20,0); //增加一個(gè)變量
m_ga.InitGA(0,1000,20,10);//初始化
//0-求最小值 1000-進(jìn)化1000代 20-report間隔20代 10-移民間隔10代
m_ga.RunGA();//開(kāi)始進(jìn)行優(yōu)化
}
(三) 多種群多編碼遺傳算法通用控件接口說(shuō)明
Ø long AddPopulation(long EncodeMethod, long PopSize, long CrossoverMethod, float CrossoverProbability, long MutMethod, float MutProbability, float KeepPercentage)
接口含義：增加一個(gè)種群
EncodeMethod 編碼方式，0－二進(jìn)制編碼 1－實(shí)數編碼 2－整數編碼
PopSize 種群規模 大于0
CrossoverMethod 交叉方法 在試用版本中對二進(jìn)制編碼 0－單點(diǎn)交叉 1－雙點(diǎn)交叉 對實(shí)數編碼 0－算術(shù)交叉
CrossoverProbability 交叉概率 范圍為 0－1
MutMethod 變異方法 在試用版本下設為0
MutProbability 變異概率 范圍0-1
KeepPercentage 保留百分比 范圍 1－100
返回值：0為成功
Ø long AddVariable(double Min, double Max, long nBits, short IsInteger)
接口含義：增加一個(gè)優(yōu)化變量
Min 優(yōu)化變量的最小值
Max 優(yōu)化變量的最大值
nBits 當為二進(jìn)值編碼時(shí)，二進(jìn)制編碼的長(cháng)度 大于0
IsInteger 是否為整數 1－為整數 0－非整數
返回值：0為成功
Ø long InitGA(short IsMax, long GenerationNumber, long ReportPeriod, long MigrationPeriod)
接口含義：初始化
IsMax 0－求最小值 1－求最大值
GenerationNumber 進(jìn)化代數 大于0
ReportPeriod report間隔代數，要求為MigrationPeriod的倍數
MigrationPeriod 移民間隔代數 >0,建議值10-100
返回值：0為成功
Ø void RestGA()
接口含義：rest GA, 當前正在進(jìn)化時(shí)，會(huì )停止所有進(jìn)化線(xiàn)程。
Ø long RunGA()
接口含義：開(kāi)始進(jìn)行進(jìn)化。
返回值：0為成功
Ø double GetVarFromInd(long iPopulation, long iIndividual, long iVariable)
接口含義：從當前個(gè)體得到優(yōu)化變量值，此接口提供變量值給目標函數計算。
iPopulation 第幾個(gè)種群 此參數賦消息響應函數參數iPopulation
iIndividual 第幾個(gè)個(gè)體 此參數賦消息響應函數參數iIndividual
iVariable 第幾個(gè)變量 變量編號從0開(kāi)始
返回值：變量值
Ø double GetVarFromBestInd(long iVariable);
接口含義：從當前最佳個(gè)體得到優(yōu)化變量值，此接口用戶(hù)顯示結果給用戶(hù)。
iVariable 第幾個(gè)變量 變量編號從0開(kāi)始
返回值：變量值
(四) 多種群多編碼遺傳算法通用控件消息說(shuō)明
Ø GetEvaluation
void GetEvaluation(long iPopulation, long iIndividual, double* Evaluation)
消息含義：獲取用戶(hù)的目標函數值
iPopulation 第幾個(gè)種群
iIndividual 第幾個(gè)個(gè)體
Evaluation 返回目標函數值
Ø Report
void Report(long iGeneration, long iPopulation, double Evaluation)
消息含義：報告結果給用戶(hù)
iGeneration 第幾代
iPopulation 第幾個(gè)種群
Evaluation 當前最佳目標函數值
(五) 其他
l VB 和delphi 用戶(hù)如何使用？
VB 和delphi環(huán)境下和VC++的使用流程類(lèi)似，不需要做額外的操作。
l 對于有約束條件的優(yōu)化問(wèn)題如何解決？
對于約束條件問(wèn)題可以采用懲罰函數法，即把不符合條件的目標函數值增加響應的懲罰項，控件在優(yōu)化時(shí)會(huì )淘汰較差個(gè)體。如：
(*Evaluation)=objectvalue+fa(x); //fa為懲罰函數
詳細例子和使用說(shuō)明：下載1 http://download.csdn.net/source/262362
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