教与学算法

Halcom

TLBO.cpp

1. #include<stdio.h>
   
2. #include<string.h>
   
3. #include<stdlib.h>
   
4. #include<time.h>
   
5. #include<math.h>
   
6. #include"roundx.h"
   
7. #include"KP01.h"
   
8. #include"maxValue.h"
   
9. #include"maxValueIndex.h"
   
10. #include"minValue.h"
    
11. #include"randi.h"
    
12. 
    
13. /* 教与学算法 */
    
14. #define sizepop 10      /* 表示种群数 */
    
15. #define maxiter 50     /* 进化次数 */
    
16. #define C 2.6           /* 背包载重  */  
    
17. #define nvar 3          /* 3个变量 */
    
18. 
    
19. extern double v[3][3] = { { 0.5, 0.4, 0.9 },
    
20.                                               { 0.4, 0.7, 1.1 },
    
21.                                               { 0.3, 0.7, 1.0 } };
    
22. extern double w[3][3] = { { 0.6, 0.7, 0.8 },
    
23.                                                   { 0.7, 0.4, 0.8 },
    
24.                                               { 0.5, 0.6, 0.7 } };
    
25. void main(void)
    
26. {
    
27.         typedef long clock_t;
    
28.         clock_t start, finish;
    
29.         double duration;
    
30.         start = clock();  //启动计时
    
31.         srand((unsigned int)time(NULL));  //随机种子
    
32.         srand(time(0));  // 初始化随机种子
    
33. 
    
34.         // 变量声明
    
35.         int pop[sizepop][nvar] = { 0 }, zbest[nvar] = { 0 }, newpop[nvar] = { 0 }, Mean[nvar] = { 0 }, Teacher_pop[nvar] = { 0 }, Step[nvar] = {0};
    
36.         int popmin[nvar] = { 1, 1, 1 };
    
37.         int popmax[nvar] = { 3, 3, 3 };
    
38.         int S = 0, Smin = 0, Smax = 5, Exponent = 2;
    
39.         double sigma_initial = 0.5, sigma_final = 0.001;
    
40.         double fitness[sizepop] = { 0 }, newfitness = 0.0, Teacher_fitness = 0.0;
    
41.         double temp = 0.0, randk = 0.0;
    
42.         double bestfitness = 0.0, sigma = 0.0, BestCost = 0.0, WorstCost = 0.0, ratio = 0.0;
    
43.         int bestLoc = 0, bestLoc2 = 0, TF = 1;
    
44.         int xx[nvar][nvar] = { 0 };
    
45. 
    
46.         // 初始化种群
    
47.         for (int i = 0; i < sizepop; i++)
    
48.         {
    
49.                 for (int j = 0; j < nvar; j++)
    
50.                 {
    
51.                         randk = double(rand()) / double(RAND_MAX); //0-1随机数
    
52.                         temp = (popmin[j] + randk*(popmax[j] - popmin[j]));
    
53.                         pop[i][j] = roundx(temp);
    
54.                 }
    
55.                 fitness[i] = KPO1(pop[i]);   // 适应度函数
    
56.         }
    
57.         // 记录一组最优值
    
58.         bestfitness = maxValue(fitness);
    
59.         bestLoc = maxValueIndex(fitness);
    
60.         memcpy(zbest, pop[bestLoc], 12); // 3个整型，12个字节
    
61. 
    
62.         // 迭代寻优
    
63.         for (int iter = 0; iter < maxiter; iter++)
    
64.         {
    
65.                 // Calculate Population Mean
    
66.                 for (int k = 0; k < nvar; k++)
    
67.                         Mean[k] = 0;
    
68.                 for (int k = 0; k < nvar; k++)
    
69.                 {
    
70.                         for (int i = 0; i < sizepop; i++)
    
71.                         {
    
72.                                 Mean[k] = Mean[k] + pop[i][k];
    
73.                         }
    
74.                         Mean[k] = (int)(Mean[k] / sizepop);
    
75.                 }
    
76.                 // Select Teacher
    
77.                 Teacher_fitness = maxValue(fitness);
    
78.                 bestLoc = maxValueIndex(fitness);
    
79.                 memcpy(Teacher_pop, pop[bestLoc], 12); // 3个整型，12个字节
    
80. 
    
81.                 // Teacher Phase
    
82.                 for (int i = 0; i < sizepop; i++)
    
83.                 {
    
84.                         TF = randi(1, 2);
    
85.                         // Teaching (moving towards teacher)
    
86.                         S = roundx(Smin + (Smax - Smin)*ratio);
    
87.                         for (int k = 0; k < nvar; k++)
    
88.                         {
    
89.                                 randk = double(rand()) / double(RAND_MAX); //0-1随机数
    
90.                                 newpop[k] = roundx(pop[i][k] + (Teacher_pop[k] - TF*Mean[k])*randk);
    
91.                                 // 局部搜索
    
92.                                 if (iter>int(maxiter / 2))
    
93.                                 {
    
94.                                         newpop[k] = roundx(zbest[k] + (Teacher_pop[k] - TF*Mean[k])*randk);
    
95.                                 }
    
96. 
    
97.                                 if (newpop[k]>popmax[k])
    
98.                                         newpop[k] = popmax[k];
    
99.                                 else if (newpop[k] < popmin[k])
    
100.                                         newpop[k] = popmin[k];
     
101.                         }
     
102.                         newfitness = KPO1(newpop);   // 适应度函数
     
103. 
     
104.                         if (newfitness>fitness[i])
     
105.                         {
     
106.                                 fitness[i] = newfitness;
     
107.                                 memcpy(pop[i], newpop, 12); // 3个整型，12个字节
     
108.                         }
     
109.                         if (newfitness > bestfitness)
     
110.                         {
     
111.                                 bestfitness = newfitness;
     
112.                                 memcpy(zbest, newpop, 12); // 3个整型，12个字节
     
113.                         }
     
114.                 }
     
115. 
     
116.                 //printf("最优适应度值为： %lf\n", bestfitness);         // 输出显示
     
117.         }
     
118.         // Learner Phase
     
119.         for (int i = 0; i < sizepop; i++)
     
120.         {
     
121.                 bestLoc = randi(1, sizepop);
     
122.                 bestLoc2 = randi(1, sizepop);
     
123.                 for (int k = 0; k < nvar; k++)
     
124.                 {
     
125.                         Step[k] = pop[i][k] - pop[bestLoc][k];
     
126.                 }
     
127.                 if (fitness[bestLoc] < fitness[i])
     
128.                 {
     
129.                         for (int k = 0; k < nvar; k++)
     
130.                         {
     
131.                                 Step[k] = -Step[k];
     
132.                         }
     
133.                 }
     
134.                 for (int k = 0; k < nvar; k++)
     
135.                 {
     
136.                         // 交叉
     
137.                         newpop[k] = 0.5*pop[bestLoc][k] + 0.5*pop[bestLoc2][k];
     
138.                         // 变异
     
139.                         randk = double(rand()) / double(RAND_MAX); //0-1随机数
     
140.                         if (randk>0.5)
     
141.                         {
     
142.                                 newpop[k] = roundx(pop[i][k] + randk*Step[k]);
     
143.                         }       
     
144.                 }
     
145.                 newfitness = KPO1(newpop);   // 适应度函数
     
146. 
     
147.                 if (newfitness>fitness[i])
     
148.                 {
     
149.                         fitness[i] = newfitness;
     
150.                         memcpy(pop[i], newpop, 12); // 3个整型，12个字节
     
151.                 }
     
152.                 if (newfitness > bestfitness)
     
153.                 {
     
154.                         bestfitness = newfitness;
     
155.                         memcpy(zbest, newpop, 12); // 3个整型，12个字节
     
156.                 }
     
157. 
     
158.                 printf("最优适应度值为： %lf\n", bestfitness);         // 输出显示
     
159.         }
     
160. 
     
161.         printf("\n");         // 输出显示
     
162. 
     
163.         // 最终的解
     
164.         printf("最终的解为： \n");         // 输出显示
     
165.         for (int i = 0; i < nvar; i++)
     
166.         {
     
167.                 if (zbest[i] == 1)
     
168.                         xx[i][0] = 1;
     
169.                 else if (zbest[i] == 2)
     
170.                         xx[i][1] = 1;
     
171.                 else if (zbest[i] == 3)
     
172.                         xx[i][2] = 1;
     
173.                 printf("%d\t %d\t %d\n", xx[i][0], xx[i][1], xx[i][2]);   // C0-C4输出显示
     
174.         }
     
175. 
     
176.         printf("\n");         // 输出显示
     
177.         system("pause");    // 消除屏幕一闪即消失的情况
     
178. }

复制代码

roundx.cpp

1. #include<stdio.h>
   
2. #include<math.h>
   
3. 
   
4. int roundx(double x)
   
5. {
   
6.         int x1 = (int)x;
   
7.         if (x - x1 >= 0.5)
   
8.                 return x1 + 1;
   
9.         else
   
10.                 return x1;
    
11. }

复制代码

randi.cpp

1. #include<stdio.h>
   
2. #include<string.h>
   
3. #include<stdlib.h>
   
4. #include<time.h>
   
5. #include<math.h>
   
6. #include"roundx.h"
   
7. 
   
8. // 函数目的：随机产生在某个区间的整数
   
9. int randi(int a, int b)
   
10. {
    
11.         typedef long clock_t;
    
12.         clock_t start, finish;
    
13.         double duration;
    
14.         start = clock();  //启动计时
    
15.         srand((unsigned int)time(NULL));  //随机种子
    
16.         srand(time(0));  // 初始化随机种子
    
17. 
    
18.         double randk = double(rand()) / double(RAND_MAX); //0-1随机数
    
19.         return roundx(a + (b - a)*randk);
    
20. }

复制代码

minValue.cpp

1. #include<stdio.h>
   
2. #include<math.h>
   
3. // 函数目的：求解最小值
   
4. #define sizepop 50      /* 表示种群数 */
   
5. double minValue(double x[sizepop])
   
6. {
   
7.         double temp = 100000.0;
   
8.         for (int i = 0; i < sizepop; i++)
   
9.         {
   
10.                 if (x[i]<temp)
    
11.                         temp = x[i];
    
12.         }
    
13.         return temp;
    
14. }

复制代码

maxValueIndex.cpp

1. #include<stdio.h>
   
2. #include<math.h>
   
3. // 函数目的：求解最大值对应的索引
   
4. #define sizepop 50      /* 表示种群数 */
   
5. int maxValueIndex(double x[sizepop])
   
6. {
   
7.         int index = 0;
   
8.         double temp = 0.0;
   
9.         for (int i = 0; i < sizepop; i++)
   
10.         {
    
11.                 if (x[i]>temp)
    
12.                 {
    
13.                         temp = x[i];
    
14.                         index = i;
    
15.                 }
    
16.         }
    
17.         return index;
    
18. }

复制代码

maxValue.cpp

1. #include<stdio.h>
   
2. #include<math.h>
   
3. // 函数目的：求解最大值
   
4. #define sizepop 50      /* 表示种群数 */
   
5. double maxValue(double x[sizepop])
   
6. {
   
7.         double temp = 0.0;
   
8.         for (int i = 0; i < sizepop; i++)
   
9.         {
   
10.                 if (x[i]>temp)
    
11.                         temp = x[i];
    
12.         }
    
13.         return temp;
    
14. }

复制代码

目标函数：

1. #include<stdio.h>
   
2. #include<math.h>
   
3. /* 适应度函数 */
   
4. /*全局变量*/
   
5. #define C 2.6           /* 背包载重  */
   
6. #define nvar 3          /* 3个变量 */
   
7. extern double v[3][3], w[3][3];
   
8. 
   
9. double KPO1(int *x)
   
10. {
    
11.         int i = 0, j = 0;
    
12.         double xw = 0, xv = 0;
    
13.         int xx[nvar][nvar] = {0};
    
14.         for (i = 0; i < nvar; i++)
    
15.         {
    
16.                 if (x[i] == 1)
    
17.                         xx[i][0] = 1;
    
18.                 else if (x[i] == 2)
    
19.                         xx[i][1] = 1;
    
20.                 else if (x[i] == 3)
    
21.                         xx[i][2] = 1;
    
22.         }
    
23.         for (i = 0; i < nvar; i++)
    
24.         {
    
25.                 for (j = 0; j < nvar; j++)
    
26.                 {
    
27.                         xw = xw + xx[i][j] * w[i][j];
    
28.                         xv = xv + xx[i][j] * v[i][j];
    
29.                 }
    
30.         }
    
31.         if (xw <= C)
    
32.                 return xv;
    
33.         else
    
34.                 return -1;
    
35. }

复制代码

Halcom

roundx.h

1. #ifndef _ROUNDX_H_
   
2. #define _ROUNDX_H_
   
3. 
   
4. int roundx(double x);
   
5. 
   
6. #endif

复制代码

minValue.h

1. #ifndef _MINVALUE_H_
   
2. #define _MINVALUE_H_
   
3. 
   
4. #define sizepop 50      /* 表示种群数 */
   
5. double minValue(double x[sizepop]);
   
6. 
   
7. #endif
   

复制代码

maxValue.h

1. #ifndef _MAXVALUE_H_
   
2. #define _MAXVALUE_H_
   
3. 
   
4. #define sizepop 50      /* 表示种群数 */
   
5. double maxValue(double x[sizepop]);
   
6. 
   
7. #endif
   

复制代码

其余
KP01.h、maxValueIndex.h、randi.h同理

Halcom

目标函数的matlab代码如下：
% 适应度函数
CostFunction = @(x) KP01(x);  % 目标函数Objective Function
nvar = 3;           % 变量个数
popmin = [1,1,1];       % Lower Bound of Decision Variables
popmax = [3, 3, 3];        % Upper Bound of Decision Variables
maxiter=100;       % 最大迭代次数
sizepop = 50;      % 最大种群数量

1. function [fitness, xx ]= KP01(x)
   
2. C = 2.6;
   
3. v = [0.5        0.4        0.9
   
4.     0.4        0.7        1.1
   
5.     0.3        0.7        1.0];
   
6. w = [0.6        0.7        0.8
   
7.     0.7        0.4        0.8
   
8.     0.5        0.6        0.7];
   
9. xx = zeros(size(v));
   
10. for i=1:length(x)
    
11.     if x(i)==1
    
12.         xx(i,1) = 1;
    
13.     elseif(x(i)==2)
    
14.         xx(i,2) = 1;
    
15.     elseif(x(i)==3)
    
16.         xx(i,3) = 1;
    
17.     end
    
18. end
    
19. if(sum(sum(xx.*w))<=C)
    
20.     fitness = sum(sum(xx.*v));
    
21. else
    
22.     fitness = -1;
    
23. end

复制代码

Halcom

bilibili视频观察代码运行效果：
https://www.bilibili.com/video/BV12L4y1v7NK/