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遗传算法(Genetic Algorithm, GA)是一种受生物进化启发的优化方法,常用于求解复杂函数的全局最小值问题。它通过模拟自然选择、交叉和变异等机制,在解空间中高效搜索最优解。
基本思路如下: 初始化种群:随机生成一组候选解(染色体),每个解代表搜索空间中的一个点。 适应度评估:根据目标函数计算每个解的适应度值(函数值越小通常适应度越高)。 选择操作:按照适应度高低选择优秀个体进入下一代(如轮盘赌或锦标赛选择)。 交叉与变异:对选中的个体进行基因重组(交叉)和随机扰动(变异),产生新解以探索新区域。 迭代更新:重复评估-选择-交叉-变异过程,直到满足终止条件(如达到最大迭代次数或适应度收敛)。
在MATLAB中,内置的遗传算法工具箱(`ga`函数)可直接调用,用户只需定义目标函数和约束条件即可。对于更灵活的实现,可以自定义编码方式、适应度函数和遗传算子。
遗传算法特别适合多峰值、非凸或不可微函数的优化,其全局搜索能力避免了传统梯度方法陷入局部最优的问题。结合群智优化(如GP,即遗传编程)可进一步扩展其应用场景。