改进此遗传算法以最小化错误

时间:2020-12-23 08:15:58

标签: python algorithm mathematical-optimization genetic-algorithm evolutionary-algorithm

我编写了一个简单的遗传算法,旨在执行拟合。也就是说,给定一些输入 f(x),我可以在不知道 x 的情况下求解 f(而且,实际上,f(x) 并不有< /em> 甚至存在)。我的流程如下:

  1. 我生成了一些初始点,均匀分布在已知的求解区间 0,1 上。

  2. 然后我进行迭代,直到达到某个最大代数。每次迭代,我:

    a) 按最小误差(RSS 误差)对当前点集进行排序,将它们存储在 parents 列表中

    b) 保留第一个 500,并从初始列表中随机选择几个点

    c) parents 列表中的 1/2 点我“涂抹”,通过生成从高斯分布中提取的新点,其均值由所选点给出

    d) 我现在通过生成“孩子”来填充 parents 列表中剩余的“空位”。通过从 parents 列表中随机选择两个点并取其平均值 ((male + female)/2) 来生成子项。

    e) 最后,我将初始列表设置为与父母列表相等,然后跳回到 a)

最后,我最后一次对列表进行排序,并选择第一个元素作为解决方案。

查看下面的代码

我最终得到了一个还不错的解决方案。它似乎以惊人的速度跳到解决方案的附近,但随后未能取得太大进展。我仍然使用蛮力获得更好(并且更快)的结果。所以,我想改进我的算法。

一些注意事项:

我很清楚这在某种程度上取决于我将算法应用于的问题。我有兴趣将它用于一些不同的事情。忽略这个问题,我可以用我所拥有的做什么来改善这个问题?

我也知道更好/更容易/更快/等方法(可能)存在。我只是对这个话题感兴趣。

我的代码:

        initial = []

        # Generate random initial test points
        for i in range(5000):
            initial.append(random.uniform(0,1))

        for i in range(max_generations):
            # Sort according to some error function
            initial.sort(key = error_func)

            # Keep the "best" 500
            parents = initial[:500]

            # Throw in a few random points
            for i in range(randint(10,100)):
                parents.append(initial[randint(0,len(parents) - 1)])

            # "Mutate" half the parents
            for individual in parents:
                if randint(0,1):
                    individual = random.gauss(individual, 1E-5)

            children = []

            while len(children) < (5000 - len(parents)):
                # Randomly pick a male and female
                male = parents[randint(0, len(parents) - 1)]
                female = parents[randint(0, len(parents) - 1)]

                # Produce a child
                children.append((male + female) / 2) 

            parents.extend(children)
            initial = parents

     initial.sort(key = error_func)
     print(initial[0])

我正在考虑的几点:

  1. 我知道遗传算法有几种不同的方式来选择“最适合”的点(个人/成员/等)。也许有比按最小错误排序更好的方法?

  2. 通常是有更多的起点,还是更多的迭代/世代更好?

目标

#1:提高准确度和精确度 #2:提高找到“好的”解决方案的速度

1 个答案:

答案 0 :(得分:1)

遗传算法必须在系统中运行。因此,您必须在实施之前指定一些关键点。它们是:

  1. 种群大小(每一代的染色体数量)
  2. 选择运算符
  3. 交叉运算符
  4. 上榜率
  5. 变异政策
  6. 终止条件(基于适应度或基于代)

与问题完全相关的决定尝试解决(适应度函数)。

遗传算法的主要问题是单调的。如果你不能提供多样性,你很可能会陷入局部最优点。解决方案是选择方便的“选择”和“交叉”运算符

这可能是你的起点,comparison of selection operatorscomparion of crossover operators。此外,还有implementation ways of lots crossovers。同样,它们只是介绍。您可以找到更多资源,只需 google 即可。