蚁群算法JAVA版
发布网友
发布时间：2022-05-15 02:57
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时间：2023-08-11 22:47
目前发现2 / 5 / 0.5 能达到稍微让人满意的效果。本程序离完美的ACO还差很远，仅供参考。
本蚁群算法为AS算法。
用法：
1.new一个对象
ACOforTSP tsp = new ACPforTSP(tsp数据文件名,迭代次数，蚂蚁数量，信息素权重，路径权重，信息素蒸发率）;
2.用go()方法运行
tsp.go();
ACOforTSP.java
___________________________________________________________________
import java.io.File;
import static java.lang.Math.pow;
import static java.lang.Math.sqrt;
import static java.lang.Math.random;
import java.util.HashMap;
import java.io.FileReader;
import java.io.BufferedReader;
/**
*
* @author dvdface
*/
public class ACOforTSP {
//城市的距离表
private double[][] distance;
//距离的倒数表
private double[][] heuristic;
//启发信息表
private double[][] pheromone;
//权重
private int alpha, beta;
//迭代的次数
private int iterationTimes;
//蚂蚁的数量
private int numbersOfAnt;
//蒸发率
private double rate;
ACOforTSP (String file, int iterationTimes, int numbersOfAnt, int alpha, int beta, double rate) {
//加载文件
this.initializeData(file);
//初始化参数
this.iterationTimes = iterationTimes;
//设置蚂蚁数量
this.numbersOfAnt = numbersOfAnt;
//设置权重
this.alpha = alpha;
this.beta = beta;
//设置蒸发率
this.rate = rate;
}
private void initializeData(String filename) {
//定义内部类
class City {
int no;
double x;
double y;
City(int no, double x, double y) {
this.no = no;
this.x = x;
this.y = y;
}
private double getDistance(City city) {
return sqrt(pow((x - city.x), 2) + pow((y - city.y), 2));
}
}
try {
//定义HashMap保存读取的坐标信息
HashMap<Integer, City> map = new HashMap<Integer, City>();
//读取文件
BufferedReader reader = new BufferedReader(new FileReader(new File(filename)));
for (String str = reader.readLine(); str != null; str = reader.readLine()) {
//将读到的信息保存入HashMap
if (str.matches("([0-9]+)(\\s*)([0-9]+)(.?)([0-9]*)(\\s*)([0-9]+)(.?)([0-9]*)")) {
String[] data = str.split("(\\s+)");
City city = new City(Integer.parseInt(data[0]),
Double.parseDouble(data[1]),
Double.parseDouble(data[2]));
map.put(city.no, city);
}
}
//分配距离矩阵存储空间
distance = new double[map.size() + 1][map.size() + 1];
//分配距离倒数矩阵存储空间
heuristic = new double[map.size() + 1][map.size() + 1];
//分配信息素矩阵存储空间
pheromone = new double[map.size() + 1][map.size() + 1];
for (int i = 1; i < map.size() + 1; i++) {
for (int j = 1; j < map.size() + 1; j++) {
//计算城市间的距离，并存入距离矩阵
distance[i][j] = map.get(i).getDistance(map.get(j));
//计算距离倒数，并存入距离倒数矩阵
heuristic[i][j] = 1 / distance[i][j];
//初始化信息素矩阵
pheromone[i][j] = 1;
}
}
} catch (Exception exception) {
System.out.println("初始化数据失败！");
}
}
class Ant {
//已访问城市列表
private boolean[] visited;
//访问顺序表
private int[] tour;
//已访问城市的个数
private int n;
//总的距离
private double total;
Ant() {
//给访问顺序表分配空间
tour = new int[distance.length+1];
//已存入城市数量为n，刚开始为0
n = 0;
//将起始城市1,放入访问结点顺序表第一项
tour[++n] = 1;
//给已访问城市结点分配空间
visited = new boolean[distance.length];
//第一个城市为出发城市，设置为已访问
visited[tour[n]] = true;
}
private int chooseCity() {
//用来random的随机数
double m = 0;
//获得当前所在的城市号放入j,如果和j相邻的城市没有被访问，那么加入m
for (int i = 1, j = tour[n]; i < pheromone.length; i++) {
if (!visited[i]) {
m += pow(pheromone[j][i], alpha) * pow(heuristic[j][i], beta);
}
}
//保存随机到的数
double p = m * random();
//寻找被随机到的城市
double k = 0;
//保存找到的城市
int q = 0;
for (int i = 1, j = tour[n]; k < p; i++) {
if (!visited[i]) {
k += pow(pheromone[j][i], alpha) * pow(heuristic[j][i], beta);
q = i;
}
}
return q;
}
private void constructSolution () {
while (n != (distance.length-1) ) {
//选取下一个城市
int p = chooseCity();
//计算总的距离
total += distance[tour[n]][p];
//将选取到的城市放入已访问列表
tour[++n] = p;
//将选取到的城市标记为已访问
visited[p] = true;
}
//回到起点
total += distance[tour[1]][tour[n]];
//将起点加入访问顺序表的最后
tour[++n] = tour[1];
}
private void releasePheromone() {
//释放信息素的大小
double t = 1/total;
//释放信息素
for (int i=1;i<tour.length-1;i++) {
pheromone[tour[i]][tour[i+1]] += t;
pheromone[tour[i+1]][tour[i]] += t;
}
}
}
public void go() {
//保存最好的路径和路径长度
double bestTotal = Double.MAX_VALUE;
int[] bestTour = new int[distance.length+1];
//新建蚂蚁数组，用来引用所创建的蚂蚁
Ant[] ant = new Ant[numbersOfAnt];
//进行iterationTimes次迭代
while (iterationTimes != 0) {
//初始化新的一批蚂蚁（这里用构造新的蚂蚁代替重置蚂蚁状态）
for (int i=0; i<numbersOfAnt; i++) {
ant[i] = new Ant();
}
//进行一次迭代（即让所有的蚂蚁构建一条路径）
for (int i=0; i<numbersOfAnt; i++) {
ant[i].constructSolution();
//如果蚂蚁构建的路径长度比上次最好的还好，那么保存这个长度和它所走的路径
if (ant[i].total<bestTotal) {
bestTotal = ant[i].total;
System.arraycopy(ant[i].tour, 1, bestTour, 1, bestTour.length-1);
}
}
//蒸发信息素
evaporatePheromone();
//释放信息素
for (int i=0; i<numbersOfAnt; i++) {
ant[i].releasePheromone();
}
//报告本次迭代的信息
System.out.format("本次为倒数第%d次迭代,当前最优路径长度为%10.2f\n",iterationTimes,bestTotal);
//迭代总数减去1，进行下次迭代
iterationTimes--;
}
//输出最好的路径长度
System.out.format("得到的最优的路径长度为:%10.2f\n",bestTotal);
//输出最好的路径
System.out.println("最优路径如下：");
for (int i=1; i<bestTour.length; i++) {
System.out.print("→"+bestTour[i]);
}
}
private void evaporatePheromone() {
for (int i = 1; i < pheromone.length; i++)
for (int j = 1; j < pheromone.length; j++) {
pheromone[i][j] *= 1-rate;
}
}
}
