Compare commits
19 Commits
master
...
algorytm_g
Author | SHA1 | Date | |
---|---|---|---|
0c04eeb4b7 | |||
12577dde83 | |||
63a2eb21d6 | |||
a590bce082 | |||
8076850194 | |||
9dc269e3dd | |||
4c92f98583 | |||
eaa7524cb3 | |||
20d49599c7 | |||
98e9eab664 | |||
649517c11b | |||
6ad8b4b78b | |||
0cb8d4948e | |||
bf10ae9e9f | |||
0badf10f94 | |||
2e29e660d6 | |||
d8889d05d8 | |||
5698874420 | |||
007a0c2661 |
386
Main.cpp
@ -1,4 +1,4 @@
|
|||||||
#include<iostream>
|
#include<iostream>
|
||||||
#include<stdlib.h>
|
#include<stdlib.h>
|
||||||
#include<windows.h>
|
#include<windows.h>
|
||||||
#include<conio.h>
|
#include<conio.h>
|
||||||
@ -8,13 +8,26 @@
|
|||||||
#include<math.h>
|
#include<math.h>
|
||||||
#include<stack>
|
#include<stack>
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <stdio.h>
|
||||||
|
#include <cstdlib>
|
||||||
|
#include <ctime>
|
||||||
|
#include<bits/stdc++.h>
|
||||||
|
#include <algorithm>
|
||||||
|
#include <utility>
|
||||||
|
|
||||||
using namespace std;
|
using namespace std;
|
||||||
|
|
||||||
const float maxFloat=FLT_MAX;
|
int score = 0;
|
||||||
|
int rozmiarPopulacji = 50;
|
||||||
|
string * zebrane = new string[rozmiarPopulacji];
|
||||||
|
string * doSadzenia = new string[20];
|
||||||
|
int gmoLeft;
|
||||||
|
|
||||||
|
const float maxFloat=100000000000;
|
||||||
const int ROW = 27;
|
const int ROW = 27;
|
||||||
const int COL = 27;
|
const int COL = 27;
|
||||||
typedef pair<int, int> Pair;
|
typedef pair<int, int> Pair;
|
||||||
typedef pair<double, pair<int, int>> pPair;
|
typedef pair<double, pair<int, int> > pPair;
|
||||||
struct cell
|
struct cell
|
||||||
{
|
{
|
||||||
int parent_i, parent_j;
|
int parent_i, parent_j;
|
||||||
@ -25,6 +38,286 @@ char pole[27][27][2];
|
|||||||
int pozycjaTraktoraX = 1, pozycjaTraktoraY = 1;
|
int pozycjaTraktoraX = 1, pozycjaTraktoraY = 1;
|
||||||
char currentWay = 'S';
|
char currentWay = 'S';
|
||||||
|
|
||||||
|
string kod_genetyczny[27][27];
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
//algorytm genetyczny
|
||||||
|
string generateValue() {
|
||||||
|
|
||||||
|
char trash[100];
|
||||||
|
string x = itoa(rand() % 1000,trash,10);
|
||||||
|
if (x.size() == 2) {
|
||||||
|
x = "0" + x;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else if (x.size() == 1) {
|
||||||
|
x = "00" + x;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return x;
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
string generateVegetable() {
|
||||||
|
|
||||||
|
string taste = generateValue();
|
||||||
|
string colour = generateValue();
|
||||||
|
string size = generateValue();
|
||||||
|
|
||||||
|
return taste + colour + size;
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
void generatePopulation(string * population,int length) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
for(i=0;i<length;i++) {
|
||||||
|
population[i] = generateVegetable();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
int power(int x, int y) {
|
||||||
|
|
||||||
|
if (y == 0) return 1;
|
||||||
|
if (y == 1) return x;
|
||||||
|
|
||||||
|
int temp = power(x, y/2);
|
||||||
|
if (y%2 == 0) return temp * temp;
|
||||||
|
else return x * temp * temp;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
int stringToInt(string str,int size) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int x = 0;
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
reverse(str.begin(),str.end());
|
||||||
|
|
||||||
|
for(i=0;i<size;i++) {
|
||||||
|
x += (str[i] - '0') * power(10,i);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
reverse(str.begin(),str.end());
|
||||||
|
|
||||||
|
return x;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
int fitness(string vegetable) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int taste = stringToInt(vegetable.substr(0,3),3);
|
||||||
|
int colour = stringToInt(vegetable.substr(3,3),3);
|
||||||
|
int size = stringToInt(vegetable.substr(6,3),3);
|
||||||
|
|
||||||
|
return (taste+colour+size)/3;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
bool comparePair(const pair<int, string>&i, const pair<int, string>&j)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return i.first > j.first;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
void ranking(string * population,string * parents, int populationSize, int parentsNumber) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
pair <int,string> fitnessTable[populationSize];
|
||||||
|
for(i=0;i<populationSize;i++) {
|
||||||
|
fitnessTable[i] = make_pair(fitness(population[i]),population[i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
sort(fitnessTable,fitnessTable+populationSize,comparePair);
|
||||||
|
|
||||||
|
for(i=0;i<parentsNumber;i++) {
|
||||||
|
parents[i] = fitnessTable[i].second;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
bool exists(int len, int * array, int element) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
for(i=0;i<len;i++) {
|
||||||
|
if (array[i] == element) return true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
void selection(string * population,string * parents, int populationSize, int parentsNumber) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int i,j,k;
|
||||||
|
pair <int,string> fitnessTable[populationSize];
|
||||||
|
for(i=0;i<populationSize;i++) {
|
||||||
|
fitnessTable[i] = make_pair(fitness(population[i]),population[i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
sort(fitnessTable,fitnessTable+populationSize,comparePair);
|
||||||
|
|
||||||
|
int roulette;
|
||||||
|
int taken[parentsNumber];
|
||||||
|
int sum = 0;
|
||||||
|
for(i=0;i<parentsNumber;i++) {
|
||||||
|
for(j = populationSize - 1;j>=0;j--) {
|
||||||
|
if(not exists(parentsNumber,taken,j)) {
|
||||||
|
sum += fitnessTable[j].first;
|
||||||
|
fitnessTable[j].first = sum;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
roulette = rand() % fitnessTable[0].first;
|
||||||
|
j = 0;
|
||||||
|
while(exists(parentsNumber,taken,j)) {
|
||||||
|
j += 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
while(roulette > fitnessTable[j].first and j<populationSize) {
|
||||||
|
if(not exists(parentsNumber,taken,j)) {
|
||||||
|
roulette -= fitnessTable[j].first;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
j+=1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
parents[i] = fitnessTable[j].second;
|
||||||
|
taken[i] = j;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
int newton(int n,int k) {
|
||||||
|
|
||||||
|
if (k==0 or n==k) return 1;
|
||||||
|
else return newton(n-1,k-1) + newton(n-1,k);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
string mutate(string child) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int d3 = rand() % 3;
|
||||||
|
string mutation = generateValue();
|
||||||
|
switch(d3) {
|
||||||
|
case 0:
|
||||||
|
child = mutation + child.substr(3,6);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case 1:
|
||||||
|
child = child.substr(0,3) + mutation + child.substr(6,3);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case 2:
|
||||||
|
child = child.substr(0,6) + mutation;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return child;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
string cross(string parent[2]) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
string child = "";
|
||||||
|
for(i=0;i<3;i++) {
|
||||||
|
child += parent[rand() % 2].substr(i*3,3);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (child == parent[0] or child == parent[1]) {
|
||||||
|
string other;
|
||||||
|
if (child == parent[0]) other = parent[1];
|
||||||
|
else other = parent[0];
|
||||||
|
int d3 = rand() % 3;
|
||||||
|
switch(d3) {
|
||||||
|
case 0:
|
||||||
|
child = other.substr((rand() % 3)*3,3) + child.substr(3,6);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case 1:
|
||||||
|
child = child.substr(0,3) + other.substr((rand() % 3)*3,3) + child.substr(6,3);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case 2:
|
||||||
|
child = child.substr(0,6) + other.substr((rand() % 3)*3,3);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
int d1000 = rand() % 1000;
|
||||||
|
if (rand() % 100 == 0) {
|
||||||
|
child = mutate(child);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return child;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
void crossover(string * parents,string * nextGen,int parentsNumber,int nextGenSize) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int counter = 0;
|
||||||
|
int i,j;
|
||||||
|
for(i=0;i<parentsNumber;i++) {
|
||||||
|
if (counter >= nextGenSize) {
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
nextGen[counter] = parents[i];
|
||||||
|
counter +=1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
while(counter < nextGenSize) {
|
||||||
|
for(i=0;i<parentsNumber;i++) {
|
||||||
|
if (counter >= nextGenSize) {
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
for(j=i;j<parentsNumber;j++) {
|
||||||
|
if (counter >= nextGenSize) {
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
string couple[2];
|
||||||
|
couple[0] = parents[i];
|
||||||
|
couple[1] = parents[j];
|
||||||
|
nextGen[counter] = cross(couple);
|
||||||
|
counter += 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
void genetic_algorithm(string * population, int populationSize, int parentsNumber,string * outcome, int outcomeSize) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int iteration,i;
|
||||||
|
for(iteration=0;iteration<5;iteration++) {
|
||||||
|
string * parents = new string[parentsNumber];
|
||||||
|
selection(population,parents,populationSize,parentsNumber);
|
||||||
|
|
||||||
|
string * nextGen = new string[populationSize];
|
||||||
|
crossover(parents,nextGen,parentsNumber,populationSize);
|
||||||
|
|
||||||
|
delete[] population;
|
||||||
|
|
||||||
|
population = new string[populationSize];
|
||||||
|
for(i=0;i<populationSize;i++) {
|
||||||
|
population[i] = nextGen[i];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
delete[] nextGen;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
ranking(population,outcome,populationSize,outcomeSize);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
string przypiszKod() {
|
||||||
|
if (gmoLeft > 0) {
|
||||||
|
string temp = doSadzenia[gmoLeft - 1];
|
||||||
|
gmoLeft -= 1;
|
||||||
|
return temp;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
return generateVegetable();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
//---------------------------------------------------------------------
|
||||||
|
|
||||||
void color(string foregroundColor, string backgroundColor)
|
void color(string foregroundColor, string backgroundColor)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
HANDLE hOut;
|
HANDLE hOut;
|
||||||
@ -196,25 +489,50 @@ void Move(char kierunek)
|
|||||||
{
|
{
|
||||||
switch (kierunek)
|
switch (kierunek)
|
||||||
{
|
{
|
||||||
//góra-(w)
|
//gA3ra-(w)
|
||||||
case 'w':
|
case 'w':
|
||||||
{
|
{
|
||||||
if (pole[pozycjaTraktoraY - 1][pozycjaTraktoraX][0] != '#')
|
if (pole[pozycjaTraktoraY - 1][pozycjaTraktoraX][0] != '#')
|
||||||
{
|
{
|
||||||
|
if (pole[pozycjaTraktoraY - 1][pozycjaTraktoraX][0] == 'B') {
|
||||||
|
zebrane[score] = kod_genetyczny[pozycjaTraktoraY - 1][pozycjaTraktoraX];
|
||||||
|
score+=1;
|
||||||
|
kod_genetyczny[pozycjaTraktoraY - 1][pozycjaTraktoraX] = "000000000";
|
||||||
|
|
||||||
correctMovement('N');
|
correctMovement('N');
|
||||||
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = '.';
|
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = '.';
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
correctMovement('N');
|
||||||
|
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = 'B';
|
||||||
|
kod_genetyczny[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX] = przypiszKod();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
pozycjaTraktoraY--;
|
pozycjaTraktoraY--;
|
||||||
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = 'T';
|
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = 'T';
|
||||||
}
|
}
|
||||||
updatePola();
|
updatePola();
|
||||||
}break;
|
}break;
|
||||||
//dół-(s)
|
//dA3A‚-(s)
|
||||||
case 's':
|
case 's':
|
||||||
{
|
{
|
||||||
if (pole[pozycjaTraktoraY + 1][pozycjaTraktoraX][0] != '#')
|
if (pole[pozycjaTraktoraY + 1][pozycjaTraktoraX][0] != '#')
|
||||||
{
|
{
|
||||||
|
if (pole[pozycjaTraktoraY +1][pozycjaTraktoraX][0] == 'B') {
|
||||||
|
zebrane[score] = kod_genetyczny[pozycjaTraktoraY + 1][pozycjaTraktoraX];
|
||||||
|
score+=1;
|
||||||
|
kod_genetyczny[pozycjaTraktoraY + 1][pozycjaTraktoraX] = "000000000";
|
||||||
correctMovement('S');
|
correctMovement('S');
|
||||||
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = '.';
|
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = '.';
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
correctMovement('S');
|
||||||
|
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = 'B';
|
||||||
|
kod_genetyczny[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX] = przypiszKod();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
pozycjaTraktoraY++;
|
pozycjaTraktoraY++;
|
||||||
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = 'T';
|
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = 'T';
|
||||||
}
|
}
|
||||||
@ -225,8 +543,20 @@ void Move(char kierunek)
|
|||||||
{
|
{
|
||||||
if (pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX - 1][0] != '#')
|
if (pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX - 1][0] != '#')
|
||||||
{
|
{
|
||||||
|
if (pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX - 1][0] == 'B') {
|
||||||
|
zebrane[score] = kod_genetyczny[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX - 1];
|
||||||
|
score+=1;
|
||||||
|
kod_genetyczny[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX - 1] = "000000000";
|
||||||
correctMovement('W');
|
correctMovement('W');
|
||||||
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = '.';
|
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = '.';
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
correctMovement('W');
|
||||||
|
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = 'B';
|
||||||
|
kod_genetyczny[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX] = przypiszKod();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
pozycjaTraktoraX--;
|
pozycjaTraktoraX--;
|
||||||
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = 'T';
|
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = 'T';
|
||||||
}
|
}
|
||||||
@ -237,8 +567,20 @@ void Move(char kierunek)
|
|||||||
{
|
{
|
||||||
if (pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX + 1][0] != '#')
|
if (pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX + 1][0] != '#')
|
||||||
{
|
{
|
||||||
|
if (pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX + 1][0] == 'B') {
|
||||||
|
zebrane[score] = kod_genetyczny[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX + 1];
|
||||||
|
score+=1;
|
||||||
|
kod_genetyczny[pozycjaTraktoraY ][pozycjaTraktoraX + 1] = "000000000";
|
||||||
correctMovement('E');
|
correctMovement('E');
|
||||||
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = '.';
|
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = '.';
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
correctMovement('E');
|
||||||
|
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = 'B';
|
||||||
|
kod_genetyczny[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX] = przypiszKod();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
pozycjaTraktoraX++;
|
pozycjaTraktoraX++;
|
||||||
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = 'T';
|
pole[pozycjaTraktoraY][pozycjaTraktoraX][0] = 'T';
|
||||||
}
|
}
|
||||||
@ -299,7 +641,7 @@ void tracePath(cell cellDetails[][COL], Pair dest)
|
|||||||
if (p.second < pozycjaTraktoraY)
|
if (p.second < pozycjaTraktoraY)
|
||||||
Move('w');
|
Move('w');
|
||||||
|
|
||||||
//printf("-> (%d,%d) ", p.first, p.second); //---- informacja wierzchołku
|
//printf("-> (%d,%d) ", p.first, p.second); //---- informacja wierzchoA‚ku
|
||||||
Sleep(1000);
|
Sleep(1000);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
@ -516,6 +858,14 @@ void test2()
|
|||||||
}
|
}
|
||||||
test1();
|
test1();
|
||||||
updatePola();
|
updatePola();
|
||||||
|
//generowanie kodów dla buraków
|
||||||
|
for(int i=0;i<27;i++) {
|
||||||
|
for(int j=0;j<27;j++) {
|
||||||
|
if (pole[i][j][0] == 'B') {
|
||||||
|
kod_genetyczny[i][j] = przypiszKod();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
void start1()
|
void start1()
|
||||||
@ -549,8 +899,13 @@ void start3()
|
|||||||
gogo(goalX, goalY);
|
gogo(goalX, goalY);
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
int main()
|
int main()
|
||||||
{
|
{
|
||||||
|
srand(time(0));
|
||||||
|
|
||||||
SetWindow(50, 30);
|
SetWindow(50, 30);
|
||||||
//create pola//
|
//create pola//
|
||||||
for (int i = 0; i < 27; i++)
|
for (int i = 0; i < 27; i++)
|
||||||
@ -581,6 +936,8 @@ int main()
|
|||||||
|
|
||||||
updatePola();
|
updatePola();
|
||||||
|
|
||||||
|
//UWAGA - generowanie kodow dla burakow jest w test2!
|
||||||
|
|
||||||
start3(); // testy start 1-3
|
start3(); // testy start 1-3
|
||||||
|
|
||||||
//---------start---------//
|
//---------start---------//
|
||||||
@ -599,6 +956,23 @@ int main()
|
|||||||
{
|
{
|
||||||
traktorDziala = false;
|
traktorDziala = false;
|
||||||
}
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
cout << "Zebrane buraki: " << score << endl;
|
||||||
|
if(score>=rozmiarPopulacji) {
|
||||||
|
score = 0;
|
||||||
|
delete[] doSadzenia;
|
||||||
|
string * doSadzenia = new string[20];
|
||||||
|
for(int i = 0;i<20;i++) {
|
||||||
|
doSadzenia[i] = "000000000";
|
||||||
|
}
|
||||||
|
genetic_algorithm(zebrane, rozmiarPopulacji, rozmiarPopulacji - 5, doSadzenia, 20);
|
||||||
|
gmoLeft = 20;
|
||||||
|
delete[] zebrane;
|
||||||
|
string * zebrane = new string[rozmiarPopulacji];
|
||||||
|
for(int i=0;i<20;i++) {
|
||||||
|
cout << doSadzenia[i] << endl;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
} while (traktorDziala);
|
} while (traktorDziala);
|
||||||
//---------end---------//
|
//---------end---------//
|
||||||
|
|
||||||
|
47
algorytm_genetyczny.md
Normal file
@ -0,0 +1,47 @@
|
|||||||
|
# Opis dokumentu
|
||||||
|
Ten dokument to raport z wykonanego podprojektu na przedmiot Sztuczna Inteligencja. Celem
|
||||||
|
zadania jest implementacja algorytmu genetycznego w projekcie o tematyce inteligentny traktor.
|
||||||
|
|
||||||
|
# Zastosowanie algorytmu
|
||||||
|
Algorytm został wykorzystany do wygenerowania zbioru roślin do zasadzenia na bazie zebranych wcześniej roślin
|
||||||
|
|
||||||
|
# Skrócony opis implementacji w projekcie wspólnym
|
||||||
|
* Na początku dla każdego pola zawierającego buraki, zostanie wygenerowany kod genetyczny roślin z tego pola.
|
||||||
|
|
||||||
|
![](images/test2_generowanie_burakow.png)
|
||||||
|
|
||||||
|
* Funkcja Move teraz zajmuje się również zbieraniem i wywoływaniem sadzenia roślin
|
||||||
|
|
||||||
|
![](images/move_zbieranie.png)
|
||||||
|
|
||||||
|
* Funkcja przypiszKod decyduje czy należy zasadzić jedną z modyfikowanych genetycznie roślin, czy należy zasadzić nową (losową).
|
||||||
|
|
||||||
|
![](images/przypiszKod.png)
|
||||||
|
|
||||||
|
* Gdy liczba zebranych buraków osiągnie określoną wartość, zostanie przeprowadzony algorytm genetyczny i powstanie tablica roślin do zasadzenia
|
||||||
|
|
||||||
|
![](images/wykonanie_algorytmu_gen.png)
|
||||||
|
|
||||||
|
# Opis algorytmu genetycznego
|
||||||
|
* Algorytm wykonuje 5 iteracji, w których dokonuje selekcji osobników populacji, które zostaną poddane rozrodowi i wytwarza kolejne pokolenie populacji. Po wyjściu z pętli metodą rankingu selekcjonuje najlepszą część ostatniego pokolenia.
|
||||||
|
|
||||||
|
![](images/genetic_algorithm.png)
|
||||||
|
|
||||||
|
* Selekcja odbywa się metodą ruletki. Obliczana jest wartość funkcji dostosowania dla każdego osobnika. Im lepsza wartość, tym większa szansa na wylosowanie.
|
||||||
|
|
||||||
|
![](images/selection.png)
|
||||||
|
|
||||||
|
* Funkcja dostosowania polega na wyliczeniu średniej arytmetycznej trzech wartości: smaku, rozmiaru i koloru rośliny, które są zakodowane w łańcuchu znaków.
|
||||||
|
|
||||||
|
![](images/fitness.png)
|
||||||
|
|
||||||
|
* Funkcja crossover zajmuje się wywołaniem krzyżowania odpowiedniej liczby osobników
|
||||||
|
|
||||||
|
![](images/crossover.png)
|
||||||
|
|
||||||
|
* Zastosowana została metoda krzyżowania równomiernego (uniform crossover) z małą modyfikacją, zmniejszającą szansę na to, że dziecko będzie "klonem" rodzica. Istnieje również mała szansa, że dojdzie do równomiernej mutacji (uniform mutation), w której losowa cecha dziecka zostaje wygenerowana na nowo.
|
||||||
|
|
||||||
|
![](images/cross.png)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
299
gmo.cpp
Normal file
@ -0,0 +1,299 @@
|
|||||||
|
#include <stdio.h>
|
||||||
|
#include <cstdlib>
|
||||||
|
#include <iostream>
|
||||||
|
#include <ctime>
|
||||||
|
#include <string>
|
||||||
|
#include <math.h>
|
||||||
|
#include<bits/stdc++.h>
|
||||||
|
#include <algorithm>
|
||||||
|
#include <utility>
|
||||||
|
using namespace std;
|
||||||
|
|
||||||
|
string generateValue() {
|
||||||
|
|
||||||
|
char trash[100];
|
||||||
|
string x = itoa(rand() % 1000,trash,10);
|
||||||
|
if (x.size() == 2) {
|
||||||
|
x = "0" + x;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else if (x.size() == 1) {
|
||||||
|
x = "00" + x;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return x;
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
string generateVegetable() {
|
||||||
|
|
||||||
|
string taste = generateValue();
|
||||||
|
string colour = generateValue();
|
||||||
|
string size = generateValue();
|
||||||
|
|
||||||
|
return taste + colour + size;
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
void generatePopulation(string * population,int length) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
for(i=0;i<length;i++) {
|
||||||
|
population[i] = generateVegetable();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
int power(int x, int y) {
|
||||||
|
|
||||||
|
if (y == 0) return 1;
|
||||||
|
if (y == 1) return x;
|
||||||
|
|
||||||
|
int temp = power(x, y/2);
|
||||||
|
if (y%2 == 0) return temp * temp;
|
||||||
|
else return x * temp * temp;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
int stringToInt(string str,int size) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int x = 0;
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
reverse(str.begin(),str.end());
|
||||||
|
|
||||||
|
for(i=0;i<size;i++) {
|
||||||
|
x += (str[i] - '0') * power(10,i);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
reverse(str.begin(),str.end());
|
||||||
|
|
||||||
|
return x;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
int fitness(string vegetable) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int taste = stringToInt(vegetable.substr(0,3),3);
|
||||||
|
int colour = stringToInt(vegetable.substr(3,3),3);
|
||||||
|
int size = stringToInt(vegetable.substr(6,3),3);
|
||||||
|
|
||||||
|
return (taste+colour+size)/3;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
bool comparePair(const pair<int, string>&i, const pair<int, string>&j)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return i.first > j.first;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
void ranking(string * population,string * parents, int populationSize, int parentsNumber) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
pair <int,string> fitnessTable[populationSize];
|
||||||
|
for(i=0;i<populationSize;i++) {
|
||||||
|
fitnessTable[i] = make_pair(fitness(population[i]),population[i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
sort(fitnessTable,fitnessTable+populationSize,comparePair);
|
||||||
|
|
||||||
|
for(i=0;i<parentsNumber;i++) {
|
||||||
|
parents[i] = fitnessTable[i].second;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
bool exists(int len, int * array, int element) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
for(i=0;i<len;i++) {
|
||||||
|
if (array[i] == element) return true;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return false;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
void selection(string * population,string * parents, int populationSize, int parentsNumber) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int i,j,k;
|
||||||
|
pair <int,string> fitnessTable[populationSize];
|
||||||
|
for(i=0;i<populationSize;i++) {
|
||||||
|
fitnessTable[i] = make_pair(fitness(population[i]),population[i]);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
sort(fitnessTable,fitnessTable+populationSize,comparePair);
|
||||||
|
|
||||||
|
int roulette;
|
||||||
|
int taken[parentsNumber];
|
||||||
|
int sum = 0;
|
||||||
|
for(i=0;i<parentsNumber;i++) {
|
||||||
|
for(j = populationSize - 1;j>=0;j--) {
|
||||||
|
if(not exists(parentsNumber,taken,j)) {
|
||||||
|
sum += fitnessTable[j].first;
|
||||||
|
fitnessTable[j].first = sum;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
roulette = rand() % fitnessTable[0].first;
|
||||||
|
j = 0;
|
||||||
|
while(exists(parentsNumber,taken,j)) {
|
||||||
|
j += 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
while(roulette > fitnessTable[j].first and j<populationSize) {
|
||||||
|
if(not exists(parentsNumber,taken,j)) {
|
||||||
|
roulette -= fitnessTable[j].first;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
j+=1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
parents[i] = fitnessTable[j].second;
|
||||||
|
taken[i] = j;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
int newton(int n,int k) {
|
||||||
|
|
||||||
|
if (k==0 or n==k) return 1;
|
||||||
|
else return newton(n-1,k-1) + newton(n-1,k);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
string mutate(string child) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int d3 = rand() % 3;
|
||||||
|
string mutation = generateValue();
|
||||||
|
switch(d3) {
|
||||||
|
case 0:
|
||||||
|
child = mutation + child.substr(3,6);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case 1:
|
||||||
|
child = child.substr(0,3) + mutation + child.substr(6,3);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case 2:
|
||||||
|
child = child.substr(0,6) + mutation;
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
return child;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
string cross(string parent[2]) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
string child = "";
|
||||||
|
for(i=0;i<3;i++) {
|
||||||
|
child += parent[rand() % 2].substr(i*3,3);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
if (child == parent[0] or child == parent[1]) {
|
||||||
|
string other;
|
||||||
|
if (child == parent[0]) other = parent[1];
|
||||||
|
else other = parent[0];
|
||||||
|
int d3 = rand() % 3;
|
||||||
|
switch(d3) {
|
||||||
|
case 0:
|
||||||
|
child = other.substr((rand() % 3)*3,3) + child.substr(3,6);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case 1:
|
||||||
|
child = child.substr(0,3) + other.substr((rand() % 3)*3,3) + child.substr(6,3);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
case 2:
|
||||||
|
child = child.substr(0,6) + other.substr((rand() % 3)*3,3);
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
int d1000 = rand() % 1000;
|
||||||
|
if (rand() % 100 == 0) {
|
||||||
|
child = mutate(child);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return child;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
void crossover(string * parents,string * nextGen,int parentsNumber,int nextGenSize) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int counter = 0;
|
||||||
|
int i,j;
|
||||||
|
for(i=0;i<parentsNumber;i++) {
|
||||||
|
if (counter >= nextGenSize) {
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
nextGen[counter] = parents[i];
|
||||||
|
counter +=1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
while(counter < nextGenSize) {
|
||||||
|
for(i=0;i<parentsNumber;i++) {
|
||||||
|
if (counter >= nextGenSize) {
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
for(j=i;j<parentsNumber;j++) {
|
||||||
|
if (counter >= nextGenSize) {
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
else {
|
||||||
|
string couple[2];
|
||||||
|
couple[0] = parents[i];
|
||||||
|
couple[1] = parents[j];
|
||||||
|
nextGen[counter] = cross(couple);
|
||||||
|
counter += 1;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
void genetic_algorithm(string * population, int populationSize, int parentsNumber,string * outcome, int outcomeSize) {
|
||||||
|
|
||||||
|
int iteration,i;
|
||||||
|
for(iteration=0;iteration<5;iteration++) {
|
||||||
|
string * parents = new string[parentsNumber];
|
||||||
|
selection(population,parents,populationSize,parentsNumber);
|
||||||
|
|
||||||
|
string * nextGen = new string[populationSize];
|
||||||
|
crossover(parents,nextGen,parentsNumber,populationSize);
|
||||||
|
|
||||||
|
delete[] population;
|
||||||
|
|
||||||
|
population = new string[populationSize];
|
||||||
|
for(i=0;i<populationSize;i++) {
|
||||||
|
population[i] = nextGen[i];
|
||||||
|
}
|
||||||
|
delete[] nextGen;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
ranking(population,outcome,populationSize,outcomeSize);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
int main() {
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
srand(time(0));
|
||||||
|
|
||||||
|
int i;
|
||||||
|
int populationSize = 500;
|
||||||
|
int parentsNumber = populationSize - 5;
|
||||||
|
string * population = new string[populationSize];
|
||||||
|
|
||||||
|
generatePopulation(population,populationSize);
|
||||||
|
|
||||||
|
string vegetablesForPlanting[20];
|
||||||
|
genetic_algorithm(population, populationSize, parentsNumber,vegetablesForPlanting, 20);
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
cout << "Wynik:" <<endl;
|
||||||
|
for(i=0;i<20;i++) {
|
||||||
|
cout << vegetablesForPlanting[i] << endl;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
return 0;
|
||||||
|
}
|
BIN
images/cross.png
Normal file
After Width: | Height: | Size: 33 KiB |
BIN
images/crossover.png
Normal file
After Width: | Height: | Size: 20 KiB |
BIN
images/fitness.png
Normal file
After Width: | Height: | Size: 6.1 KiB |
BIN
images/genetic_algorithm.png
Normal file
After Width: | Height: | Size: 17 KiB |
BIN
images/move_zbieranie.png
Normal file
After Width: | Height: | Size: 22 KiB |
BIN
images/przypiszKod.png
Normal file
After Width: | Height: | Size: 5.6 KiB |
BIN
images/selection.png
Normal file
After Width: | Height: | Size: 27 KiB |
BIN
images/test2_generowanie_burakow.png
Normal file
After Width: | Height: | Size: 12 KiB |
BIN
images/wykonanie_algorytmu_gen.png
Normal file
After Width: | Height: | Size: 14 KiB |