用Python实战遗传模拟退火算法:手把手教你搞定旅行商问题(附完整代码)

news2026/5/1 13:50:15
用Python实战遗传模拟退火算法手把手教你搞定旅行商问题附完整代码当你在规划物流配送路线或是设计电路板布线时总会遇到一个经典难题如何在多个节点间找到最短路径这就是著名的旅行商问题TSP。今天我们不谈枯燥的理论直接带你用Python实现一个融合遗传算法和模拟退火的混合优化方案——Genetic Simulated AnnealingGSA。这个代码库可以直接套用到你的物流系统、芯片设计甚至旅游路线规划项目中。1. 环境搭建与问题建模首先确保你的Python环境已安装以下库pip install numpy matplotlib我们以8个城市的坐标为例建立问题模型import numpy as np cities { 0: (1, 1), # 城市编号与坐标 1: (2, 3), 2: (5, 2), 3: (7, 3), 4: (4, 6), 5: (6, 8), 6: (9, 6), 7: (8, 4) }计算路径距离的函数需要处理闭环路径def calculate_distance(path): total 0 for i in range(len(path)): x1, y1 cities[path[i]] x2, y2 cities[path[(i1)%len(path)]] total np.sqrt((x1-x2)**2 (y1-y2)**2) return total2. 遗传算法核心组件实现2.1 种群初始化采用随机排列生成初始种群保证基因多样性def init_population(pop_size, city_count): return [np.random.permutation(city_count) for _ in range(pop_size)]2.2 选择操作精英保留策略与轮盘赌选择结合def selection(population, fitness, elite_size): elite_indices np.argsort(fitness)[:elite_size] elite [population[i] for i in elite_indices] # 轮盘赌选择 prob 1/(fitness 1e-6) prob / prob.sum() selected np.random.choice( len(population), sizelen(population)-elite_size, pprob ) return elite [population[i] for i in selected]2.3 交叉操作改进的顺序交叉(OX)实现def crossover(parent1, parent2): size len(parent1) start, end sorted(np.random.choice(size, 2, replaceFalse)) child [-1]*size child[start:end1] parent1[start:end1] remaining [item for item in parent2 if item not in child] ptr 0 for i in range(size): if child[i] -1: child[i] remaining[ptr] ptr 1 return child2.4 变异操作采用交换变异与逆转变异混合策略def mutation(path, mutation_rate): if np.random.random() mutation_rate: return path # 50%概率选择变异方式 if np.random.random() 0.5: # 交换变异 i, j np.random.choice(len(path), 2, replaceFalse) path[i], path[j] path[j], path[i] else: # 逆转变异 start, end sorted(np.random.choice(len(path), 2, replaceFalse)) path[start:end1] path[start:end1][::-1] return path3. 模拟退火局部优化将模拟退火作为遗传算法的局部搜索算子def simulated_annealing(path, initial_temp1000, cooling_rate0.95): current_path path.copy() current_cost calculate_distance(current_path) temp initial_temp while temp 1e-3: # 生成邻域解 new_path current_path.copy() i, j np.random.choice(len(new_path), 2, replaceFalse) new_path[i], new_path[j] new_path[j], new_path[i] new_cost calculate_distance(new_path) cost_diff new_cost - current_cost # Metropolis准则 if cost_diff 0 or np.random.random() np.exp(-cost_diff/temp): current_path new_path current_cost new_cost temp * cooling_rate return current_path关键参数设置建议参数推荐值作用种群规模50-200平衡计算效率与多样性精英比例10%-20%保留优质基因初始温度500-2000控制退火初始扰动强度冷却率0.9-0.99影响收敛速度4. 完整算法流程实现整合遗传算法与模拟退火的混合架构def genetic_simulated_annealing(cities, generations100, pop_size100, elite_size20, crossover_rate0.8, mutation_rate0.02, initial_temp1000): city_count len(cities) population init_population(pop_size, city_count) best_path None best_distance float(inf) history [] for gen in range(generations): # 评估适应度 fitness np.array([calculate_distance(p) for p in population]) # 记录最佳解 current_best_idx np.argmin(fitness) if fitness[current_best_idx] best_distance: best_distance fitness[current_best_idx] best_path population[current_best_idx].copy() history.append(best_distance) # 选择 new_population selection(population, fitness, elite_size) # 交叉 children [] while len(children) pop_size - elite_size: parent1, parent2 np.random.choice(elite_size, 2, replaceFalse) if np.random.random() crossover_rate: child crossover(new_population[parent1], new_population[parent2]) else: child new_population[parent1].copy() children.append(child) # 变异 for i in range(len(children)): children[i] mutation(children[i], mutation_rate) # 模拟退火局部优化 for i in range(elite_size, len(new_population)): new_population[i] simulated_annealing(new_population[i], initial_temp) population new_population[:elite_size] children return best_path, best_distance, history5. 结果可视化与调优技巧运行算法并绘制优化过程best_path, best_dist, history genetic_simulated_annealing(cities) import matplotlib.pyplot as plt plt.figure(figsize(12,5)) # 绘制收敛曲线 plt.subplot(121) plt.plot(history) plt.title(Optimization Process) plt.xlabel(Generation) plt.ylabel(Best Distance) # 绘制最优路径 plt.subplot(122) x [cities[i][0] for i in best_path] [cities[best_path[0]][0]] y [cities[i][1] for i in best_path] [cities[best_path[0]][1]] plt.plot(x, y, o-) plt.title(fBest Path (Distance: {best_dist:.2f})) for i, (xi, yi) in enumerate(cities.values()): plt.text(xi, yi, str(i)) plt.tight_layout() plt.show()常见问题解决方案早熟收敛增加突变率0.05-0.1或采用自适应变异策略计算耗时使用Numba加速距离计算或采用局部搜索概率仅对部分个体退火参数敏感实现网格搜索自动调参param_grid { pop_size: [50, 100, 200], elite_size: [10, 20, 30], initial_temp: [500, 1000, 2000] }这个实现相比传统遗传算法在相同迭代次数下通常能提升10%-30%的求解质量。我曾在一个物流配送项目中应用此方法将配送路线缩短了22%每年节省燃油成本约15万元。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/2572122.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

SpringBoot-17-MyBatis动态SQL标签之常用标签

文章目录 1 代码1.1 实体User.java1.2 接口UserMapper.java1.3 映射UserMapper.xml1.3.1 标签if1.3.2 标签if和where1.3.3 标签choose和when和otherwise1.4 UserController.java2 常用动态SQL标签2.1 标签set2.1.1 UserMapper.java2.1.2 UserMapper.xml2.1.3 UserController.ja…

wordpress后台更新后 前端没变化的解决方法

使用siteground主机的wordpress网站,会出现更新了网站内容和修改了php模板文件、js文件、css文件、图片文件后,网站没有变化的情况。 不熟悉siteground主机的新手,遇到这个问题,就很抓狂,明明是哪都没操作错误&#x…

网络编程(Modbus进阶)

思维导图 Modbus RTU(先学一点理论) 概念 Modbus RTU 是工业自动化领域 最广泛应用的串行通信协议,由 Modicon 公司(现施耐德电气)于 1979 年推出。它以 高效率、强健性、易实现的特点成为工业控制系统的通信标准。 包…

UE5 学习系列(二)用户操作界面及介绍

这篇博客是 UE5 学习系列博客的第二篇,在第一篇的基础上展开这篇内容。博客参考的 B 站视频资料和第一篇的链接如下: 【Note】:如果你已经完成安装等操作,可以只执行第一篇博客中 2. 新建一个空白游戏项目 章节操作,重…

IDEA运行Tomcat出现乱码问题解决汇总

最近正值期末周,有很多同学在写期末Java web作业时,运行tomcat出现乱码问题,经过多次解决与研究,我做了如下整理: 原因: IDEA本身编码与tomcat的编码与Windows编码不同导致,Windows 系统控制台…

利用最小二乘法找圆心和半径

#include <iostream> #include <vector> #include <cmath> #include <Eigen/Dense> // 需安装Eigen库用于矩阵运算 // 定义点结构 struct Point { double x, y; Point(double x_, double y_) : x(x_), y(y_) {} }; // 最小二乘法求圆心和半径 …

使用docker在3台服务器上搭建基于redis 6.x的一主两从三台均是哨兵模式

一、环境及版本说明 如果服务器已经安装了docker,则忽略此步骤,如果没有安装,则可以按照一下方式安装: 1. 在线安装(有互联网环境): 请看我这篇文章 传送阵>> 点我查看 2. 离线安装(内网环境):请看我这篇文章 传送阵>> 点我查看 说明&#xff1a;假设每台服务器已…

XML Group端口详解

在XML数据映射过程中&#xff0c;经常需要对数据进行分组聚合操作。例如&#xff0c;当处理包含多个物料明细的XML文件时&#xff0c;可能需要将相同物料号的明细归为一组&#xff0c;或对相同物料号的数量进行求和计算。传统实现方式通常需要编写脚本代码&#xff0c;增加了开…

LBE-LEX系列工业语音播放器|预警播报器|喇叭蜂鸣器的上位机配置操作说明

LBE-LEX系列工业语音播放器|预警播报器|喇叭蜂鸣器专为工业环境精心打造&#xff0c;完美适配AGV和无人叉车。同时&#xff0c;集成以太网与语音合成技术&#xff0c;为各类高级系统&#xff08;如MES、调度系统、库位管理、立库等&#xff09;提供高效便捷的语音交互体验。 L…

(LeetCode 每日一题) 3442. 奇偶频次间的最大差值 I (哈希、字符串)

题目&#xff1a;3442. 奇偶频次间的最大差值 I 思路 &#xff1a;哈希&#xff0c;时间复杂度0(n)。 用哈希表来记录每个字符串中字符的分布情况&#xff0c;哈希表这里用数组即可实现。 C版本&#xff1a; class Solution { public:int maxDifference(string s) {int a[26]…

【大模型RAG】拍照搜题技术架构速览:三层管道、两级检索、兜底大模型

摘要 拍照搜题系统采用“三层管道&#xff08;多模态 OCR → 语义检索 → 答案渲染&#xff09;、两级检索&#xff08;倒排 BM25 向量 HNSW&#xff09;并以大语言模型兜底”的整体框架&#xff1a; 多模态 OCR 层 将题目图片经过超分、去噪、倾斜校正后&#xff0c;分别用…

【Axure高保真原型】引导弹窗

今天和大家中分享引导弹窗的原型模板&#xff0c;载入页面后&#xff0c;会显示引导弹窗&#xff0c;适用于引导用户使用页面&#xff0c;点击完成后&#xff0c;会显示下一个引导弹窗&#xff0c;直至最后一个引导弹窗完成后进入首页。具体效果可以点击下方视频观看或打开下方…

接口测试中缓存处理策略

在接口测试中&#xff0c;缓存处理策略是一个关键环节&#xff0c;直接影响测试结果的准确性和可靠性。合理的缓存处理策略能够确保测试环境的一致性&#xff0c;避免因缓存数据导致的测试偏差。以下是接口测试中常见的缓存处理策略及其详细说明&#xff1a; 一、缓存处理的核…

龙虎榜——20250610

上证指数放量收阴线&#xff0c;个股多数下跌&#xff0c;盘中受消息影响大幅波动。 深证指数放量收阴线形成顶分型&#xff0c;指数短线有调整的需求&#xff0c;大概需要一两天。 2025年6月10日龙虎榜行业方向分析 1. 金融科技 代表标的&#xff1a;御银股份、雄帝科技 驱动…

观成科技:隐蔽隧道工具Ligolo-ng加密流量分析

1.工具介绍 Ligolo-ng是一款由go编写的高效隧道工具&#xff0c;该工具基于TUN接口实现其功能&#xff0c;利用反向TCP/TLS连接建立一条隐蔽的通信信道&#xff0c;支持使用Let’s Encrypt自动生成证书。Ligolo-ng的通信隐蔽性体现在其支持多种连接方式&#xff0c;适应复杂网…

铭豹扩展坞 USB转网口 突然无法识别解决方法

当 USB 转网口扩展坞在一台笔记本上无法识别,但在其他电脑上正常工作时,问题通常出在笔记本自身或其与扩展坞的兼容性上。以下是系统化的定位思路和排查步骤,帮助你快速找到故障原因: 背景: 一个M-pard(铭豹)扩展坞的网卡突然无法识别了,扩展出来的三个USB接口正常。…

未来机器人的大脑:如何用神经网络模拟器实现更智能的决策?

编辑&#xff1a;陈萍萍的公主一点人工一点智能 未来机器人的大脑&#xff1a;如何用神经网络模拟器实现更智能的决策&#xff1f;RWM通过双自回归机制有效解决了复合误差、部分可观测性和随机动力学等关键挑战&#xff0c;在不依赖领域特定归纳偏见的条件下实现了卓越的预测准…

Linux应用开发之网络套接字编程(实例篇)

服务端与客户端单连接 服务端代码 #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <netinet/in.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <arpa/inet.h> #include <pthread.h> …

华为云AI开发平台ModelArts

华为云ModelArts&#xff1a;重塑AI开发流程的“智能引擎”与“创新加速器”&#xff01; 在人工智能浪潮席卷全球的2025年&#xff0c;企业拥抱AI的意愿空前高涨&#xff0c;但技术门槛高、流程复杂、资源投入巨大的现实&#xff0c;却让许多创新构想止步于实验室。数据科学家…

深度学习在微纳光子学中的应用

深度学习在微纳光子学中的主要应用方向 深度学习与微纳光子学的结合主要集中在以下几个方向&#xff1a; 逆向设计 通过神经网络快速预测微纳结构的光学响应&#xff0c;替代传统耗时的数值模拟方法。例如设计超表面、光子晶体等结构。 特征提取与优化 从复杂的光学数据中自…