Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лабораторная работа №3

.docx
Скачиваний:
19
Добавлен:
29.12.2021
Размер:
83.01 Кб
Скачать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

КЫРГЫЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМ. И. РАЗЗАКОВА

Лабораторная работа

Бишкек 2021

Лабораторная работа №3

Оптимизация процессов с использованием генетических алгоритмов

Разработать программу, реализующую генетический алгоритм поиска максимального и минимального значений целевой функции f(x) = a + bx + cx 2  + dx 3  в интервале x = [-10, 53]. Мой вариант №7 и входные данные a = 23, b = - 80, c = - 64, d = 5.

Фото результат:

Рис 1. Нахождение максимального значения функции

Рис 2. Нахождение миниального значения функции

Листинг кода:

#include <iostream>

#include <cstdlib>

#include <algorithm>

#include <random>

#include <cmath>

#include <bitset>

#include <clocale>

#include <Windows.h>

using namespace std;

struct Indval;

void mutate(int& fenotype_item, int negative); //Ссылка на элемент массива

void reduce(int* genotype_with_parents, size_t size_gen_par, int* genotype, size_t size_gen); //ссылка на уменьшение

void crossing(int& left, int& right, int* genotype_with_parents, size_t from, int negative, size_t range); //ссылка на пересечение

int* populate_genotype(size_t size, int from, int to); //популяция генотипа

size_t* get_random_indexes(size_t n, size_t m2); //получение случайного индекса

bool compare(const Indval& left, const Indval& right); //сравнение

double get_y(int x); //результат функции f(x)

static size_t mode = -1;

static const int staticlog = 6;

struct Indval { //индекс значения

Indval(int val, size_t index) : val_(val), index_(index) {}

int val_;

size_t index_;

};

// максимальное значение функции 525847

// минимальное значение функции -10577

int main() {

setlocale(LC_ALL, "Rus");

// 1 - max

// 2 - min

cout << "Vyberite rejim: \n" << "1. Maximum, 2. Minimum" << endl;

cin >> mode;

const size_t n = 8, m = n / 2, mut = m == 1 ? 1 : m;

const int first_elem = -10; //значение первого интервала -10 [-10, 53]

const int last_elem = 53; // значение второго интервала 53 [-10, 53]

const size_t range = std::abs(first_elem) + std::abs(last_elem) + 1;

int* genotype = populate_genotype(n, first_elem, last_elem);

std::sort(genotype, genotype + n);

size_t counter = 0;

while (counter != 1000) {

int* genotype_with_parents = new int[(n + m * 2)];

std::copy(genotype, genotype + n, genotype_with_parents);

counter++;

// Выберем случайные пары для скрещивания

size_t* indexes = new size_t[m * 2];

indexes = get_random_indexes(n, m * 2);

for (size_t i = 0; i != m * 2; i += 2) {

crossing(genotype[indexes[i]], genotype[indexes[i + 1]], genotype_with_parents, n + i, -first_elem, range);

}

size_t* indexes_to_mutate = new size_t[mut];

indexes_to_mutate = get_random_indexes(m, mut);

for (size_t i = 0; i != mut; ++i) {

mutate(genotype_with_parents[n + indexes_to_mutate[i]], -first_elem);

}

reduce(genotype_with_parents, n + m, genotype, n);

double max_or_min = genotype[0];

for (size_t i = 1; i != n; ++i) {

double val = get_y(genotype[i]);

switch (mode) {

case 1:

if (val > max_or_min)

max_or_min = val;

break;

case 2:

if (val < max_or_min)

max_or_min = val;

break;

}

}

std::cout << max_or_min << std::endl;

}

return 0;

}

double get_y(int x) {

//Варианты выполнения, мой вариант №7 a = 23, b = -80, c = -64, d = 5.

int a = 23, b = -80, c = -64, d = 5;

return a + (b * x) + (c * std::pow(x, 2)) + (d * std::pow(x, 3));

}

void reduce(int* genotype_with_parents, size_t size_gen_par, int* genotype, size_t size_gen) {

std::vector<Indval> indval_arr;

for (size_t i = 0; i != size_gen_par; ++i) {

int x = genotype_with_parents[i];

indval_arr.push_back(Indval(get_y(x), i));

}

std::sort(indval_arr.begin(), indval_arr.end(), compare);

for (size_t i = 0; i != size_gen; ++i) {

genotype[i] = genotype_with_parents[indval_arr[i].index_];

}

}

void mutate(int& fenotype_item, int negative) {

const int log = 6;

int val = fenotype_item + negative;

std::bitset<log> bitval(val);

// srand (time(NULL));

size_t pos = rand() % staticlog;

bitval.flip(pos);

fenotype_item = (int)bitval.to_ulong() - negative;

}

void crossing(int& left, int& right, int* genotype_with_parents, size_t from, int negative, size_t range) {

int l_val = left + negative;

int r_val = right + negative;

// Вместо log используем статическую, потому что шаблон принимает на вход constexpr - т.е. размер долен быть известен на момент компиляции

std::bitset<staticlog> l_bitset(l_val);

std::bitset<staticlog> r_bitset(r_val);

size_t shift = rand() % (staticlog - 1) + 1;

bitset<staticlog> new_l_bitset = (l_bitset & r_bitset) << shift;

bitset<staticlog> new_r_bitset = (l_bitset | r_bitset) << shift;

genotype_with_parents[from] = (int)new_l_bitset.to_ulong() - negative;

genotype_with_parents[from + 1] = (int)new_r_bitset.to_ulong() - negative;

}

// n - число особей всего, m2 - необходимое число особей

size_t* get_random_indexes(size_t n, size_t m2) {

size_t* indexes = new size_t[n];

size_t* values = new size_t[n];

for (size_t i = 0; i != n; ++i) {

values[i] = i;

}

std::random_device rd;

std::mt19937 gen(rd());

std::shuffle(values, values + n, gen);

for (size_t i = 0; i != m2; ++i) {

indexes[i] = values[i];

}

return indexes;

}

int* populate_genotype(size_t size, int from, int to) {

int* genotype = new int[(size)];

for (size_t i = 0; i != size; ++i) {

std::random_device rd;

std::mt19937 gen(rd());

std::uniform_int_distribution<> dis(from, to);

genotype[i] = dis(gen);

}

return genotype;

}

bool compare(const Indval& left, const Indval& right) {

bool comp = false;

switch (mode) {

case 1:

comp = left.val_ > right.val_;

break;

case 2:

comp = left.val_ < right.val_;

break;

}

return comp;

}