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遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法,特别适合解决复杂搜索和优化问题。其核心思想是通过选择、交叉和变异等操作,让候选解不断进化,最终逼近最优解。
二进制编码是遗传算法中最经典的编码方式。它将每个个体(候选解)表示为固定长度的二进制串,类似于生物体的染色体。这种编码方式简单直观,便于进行交叉和变异操作,特别适合解决离散优化问题。
一个完整的遗传算法程序通常包含几个关键步骤:
初始化种群:随机生成一组二进制串作为初始种群 适应度评估:定义适应度函数,衡量每个个体的优劣 选择操作:根据适应度选择优秀个体进入下一代(如轮盘赌选择) 交叉操作:随机选择父代个体进行基因交换(如单点交叉) 变异操作:以较低概率随机翻转某些基因位 终止条件判断:达到最大迭代次数或找到满意解时停止
对于初学者而言,实现一个简单的二进制编码遗传算法是理解进化计算思想的绝佳起点。通过调整种群大小、交叉率和变异率等参数,可以观察算法性能的变化,深入体会进化过程的精妙之处。