遗传算法和遗传规划

【实例简介】
关于遗传算法的详尽介绍，对于遗传算法中各个模块的参数进行解析，窥视遗传算法的核心部分，对于遗传算法模式定理的深入解析，及由模式定理产生的启迪思想，能够让你更好的理解遗传算法！
遗传算法和遗传规划 种搜索寻优技术 云庆夏黄光球王战权编著 冶金工业出版社 1597 内容筒介 遗传算法和遗传规划是一种新兴的搜索优技术。它们 仿效生物的进化与遗传,根据“优胜劣汰”原则,使所要解 决的问题从初始解一步步地近最优解。 本书全面介绍了传算法和遗传规划的基本知识、基本 理论和基本技术。全书共分五章,即绪论,遗传算法、遗传 规划、遗传算法的应用、邀传就划的应用。 本书的特点是深入浅出,可适应不同层欢读者的受求符 别适合于工程技术人员、科研人员阅读,也可作为大专院校 的教材或参考书 图书在版编目(CIP)数据 遗传算法和遗传规划/云庆夏等编著.北京:冶金工 业出版社,1997,4 ISBN7-5024-1983-7 I.遗…I .最优搜索Ⅳ.0229 中国版本图书馆CP数据核字(97)第07684号 日版人卿启云(北京沙摊黄祝院北巷39号,邮编L0009 资任编辑田锋赍任校对杨力 北京昌平长城印刷「印刷;冶金工业出版社发行;各地新华书经销 1997年4月第1版,1997年4月第1收印刷 850mm×1168mm1/32;5.25印张;139千字;160页;1-1250册 5元 前 遗传算法( Genetic Algorithm)和遗传规划( Genetic Prograrm ming)是一种新兴的搜索寻优技术。它们仿效生物的进化与遗传, 根据“生存竞争”和“忧胜劣汰”的原则,借助复制、交换、突 变等操作,使所要解决的问题从初始解一步步地逼近最优解。因 此,这两种方法又被称为进化计算 遗传算法是以单一字符串的形式描述所研究的问题,遗传规 划则是用计算机程序的层次格式反映题。前者简单易行,后者 适用于各种复杂的间题。遗传规划常常被译作“遗传程序设计 它很容易被误解为关于遗传算法的计算机编程技术,因此本书称 之为遗传规划 无论是遗传算法或遗传规划,在国外已得到广泛应用,它们 特别适合解决其它科学技术无法解决或难以解决的复杂间题,如 结构优化、非线性优化、机器学习等,是继专家系统、人工神经 网络之后又一受人青睐的新学科。我国在这方面的研究和应用方 兴未艾,由于缺乏有关这一学科的普及读物,严重影响它们在我 国的推和发展。为此,作者根据自己近年来的研究及国内外有 关论著编写本书,其目的在于向各专业本科生、研究生及广大工 程技术人员全面介绍遗传算法和遗传规划的基本知识、基本理论 和基本技术,使这一学科在我国得到莲勃的发展 书共分5章: 第1章是全书的概述。本章通过两个示例揭示遗传算法和遗 传规划的特征。 第2章全面介绍遗传算法的基本原理。它包括方法步骤、计 算机理及各种算子,其中模式理论是遗传算法的理论基础 第3章全面介绍遗传规划的基本原理及各种算子,其中有些 法可推广用于遗传算法中。 第4章是关于遗传算法的应用情况,限于篇幅这里只介绍四 个方面的应用。 第5章通过四个领域中的应用,介绍遗传规划的应用情况。 本书由西安建筑科技大学云庆夏、黄光球、王战权编著,毋 建宏参加本书的校对工作。 限于作者水平,书中缺点和错误在所难免,恳请读者批评指 作者 996.10 目录 绪论 會■早■司鲁郾■曾鲁■血會白■■■申■■■白·會中■會自『會自申■■早中“■鲁曾會『■會罩1■■血『■■■■口 1.1生物的进化与遗传 曾曾忄·■中中中■1q自『鲁·曾『曾中■中早看产q會會■卓會 2遗传算法示例 1.3遗传算法秆遗传规划的特征 山·■山4哂自西 10 1.4历史回顏与展望… 16 2遗传算法……… 2.1遗传算法的实施 ■昏■鲁■ 21 2.2模式理论……… ………,…………32 2.3遗传算法的算子 50 3遗传规划 P山口血詈■■q血■■"口■画甲■■■t■■由口b■晋■口■■白d督甘晋鲁血甲 58 3.1概述 如卓●刂昏卓昌甲甲卓●口●昏甲即4甲罍歌●ψ··ψ斷●■■司P●■歌白■島看 58 3.2遗传规划基本原理 舂ψ·咖■●自●↓··●■■■仙●■■晕司■·■讠;●■卧看■ 68 3.3辅助算子……………………………………………80 3,4控制参数…… 85 3.5模式理论… 86 4遗传算法的应用 ■ 89 4.1概述……………… 89 4.2遗传算法在结构优化中应用…… se 3遗传算法在非线性优化中的应用 96 44遗传算法在输电系统规划中的应用………………101 基于漶传算法的机器学习系统 ■■口■中白■■■ψ··卩自■ 19 5传规划的应用 4●■■中自■●中■鲁晋■甲卓晋●画昏斷卩■■顰斷『甚日■口斷 123 1遗传规划在符号回归中的应用 5.2最优控制……………………………………138 53人工蚂蚁问题……147 54布尔复合算子………………………………………153 参文献 ■司■■司■■■■●『■·冒 ………4160 I 1绪论 11生物的进化与传 遗传算法和遗传规划是受生物进化学说和遗传学说的启发而 发展起来的。因此,有必要首先简单回顾生物学的有关内容,以 便深入了解遗传算法和遗传规划的本来面貌。不过,读者也可以 跳过本节直接阅读下一节 1】.1生物的进化 地球上的生物,都是经过长期进化而形成的。解释生物进化 的学说,主要是达尔文的自然选择学说。该学说的主要内容为: (1)不断繁殖。地球上的生物具有很强的繁殖能力,能产生 许多后代。 (2)生存竞争。生物的不断繁殖使后代的数目大量增加,而 在自然界中生物赖以生存的资源是有限的。因此,为了生存,生 物就需要竞争 3)适者生存。生物在生存竞争中,根据对环境的适应能力, 适者生存,不适者消亡,这是自然选择的结果。 4〉遗传和变异。生暂在繁殖过程中,通过遗传,使物种保 持相似。与此同时,由于变异,物种会产生差剜,甚至形成新物 遗传算法和遗传规划,就是借用生物进化的规律,通过繁殖、 遗传、变异、竞争,实现优胜劣汰,一步一步地逼近问题的最优 解。因此,它们又被称为进化计算( Evolutionary Computation)。 1.z细胞、染色体与DNA 1.i.2.1细胞 细胞是生物结构和功能的基本单位。细胞通常由细胞膜、细 胞质与细胞核三部分组成。细胞膜是细胞最外面的一层薄膜,它 把细胞内的物质与外界分隔,起到保护细胞的作用。细胞质是介 于细胞膜和细胞核之间的原生质,是透明的胶状物。细胞核是细 跑的最内层,是遗传物质贮存和复制的场所。细胞核由核膜、染 色质、核液组成 11.2.2染色体 细胞核中的染色质是一些容易被碱性染料染成深色的物质。 逍常,染色质为细长的丝,交织成网状。在细胞分裂期,细胞核 内长丝状的染色质高度螺旋化,缩短变粗,形成光学显微镋可以 看见的染色体。因此,染色体是染色质在细胞分裂时的一种待殊 表现。 1.1.2.3DNA 染色体主要由蛋白质和DNA组成。DNA又称脱氧核糖核 酸,是灬种高分子化合物。组成它的基本单位是脱氧核苷酸,后 者又由磷酸、脱氧核糖和含氮碱基三者组成。DNA含四种含氮碱 基,即:腺嘌呤(A)、鸟嘌呤〔G)、胞嘧啶(C〉和胸腺嘧啶 T)。 DNA的结构是有规则的双螺旋结构,由两条平行的脱氧核苷 酸长链盘旋而成,两条链上的碱基通过氢链连结起来,形成碱基 对。碱基对只有两种配对方式:A与T配对,C与G配对 1.13生物的遗传与变异 1.1.3.1传物质 生物上下代之间传递遗传信息的物质,称作遗传物质。绝大 多数生物的遗传物质是1NA。由于细胞里的DNA大部分在染色 体上,因此,遗传物质的主要载体是染色体。 生物所以具有遗传现象,是与遗传物质DNA分子的复制有 关系的,DNA分子的复制过程始图1-1所示。首先,DNA的两股 双螺旋链分离开。然后,以解开的毎股链(母链)为模板,按照 碱基互补配对原则,合成出与母链互补的子链。新生成的子链不 浙延伸,与相应的母链互相盘绕组成螺旋结构,形成一个新的 DNA分子。这样,一个DNA分子就形成两个DNA分子,每条链 的碱基序列都和祖体相同,使亲代的遗传信息传递给子代 0[j[G】R ◇c 3 OK CH 干篮 链 图1-1DNA分子复制 l一解旋:2—碱基配对;3—形成新DNA分子 ◇一脱氬核糖;一磷酸 11.3.2基因 基因是控制生物遗传的物质单元,它是有遗传效应的DNA 片段。每个基因含有成百上干个脱氧核苷酸。它们在染色体上呈 线性排列,这种排列顺序就代表遗传信息 【实例截图】
【核心代码】