C#實現遺傳算法

遺傳算法是通過模擬生物進化而進行數據尋優的一種進化算法。主要過程是初始種群的產生，選擇，交叉，變異，循環迭代，直至出現最優解。本程序兩個主要類，種群類與個體類。定義進化策略接口，計算適應度策略接口。進化策略接口實現三個行為，交叉，變異，選擇，其中，進化策略接口可以加上自己的實現。大致實現如下：

//
//class Population
//
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections;
using System.Text;
namespace SGA.SingleGA
{
　　/*
　　群體類，實現了種群初始化，有交叉，變異行為，選擇等行為。同時統計種群的平均適應度，最大適應度，適應度之和。
　　*/
　　public class Population : CollectionBase,ICloneable,IDisposable
　　{
　　　　private IGeneticStrategy _iGeneticStrategy;
　　　　public Population(IGeneticStrategy iGeneticStrategy) { this._iGeneticStrategy = iGeneticStrategy; }
　　　　public Population() { }
　　　　public void Init(int iMax)
　　　　{
　　　　　　Random rd = new Random();
　　　　　　for (int i = 0; i < iMax; i++)
　　　　　　{
　　　　　　　　StringBuilder sb = new StringBuilder();
　　　　　　　　for (int j = 0; j < 22; j++)
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　sb.Append(rd.Next(0,2));
　　　　　　　　}
　　　　　　　　this.List.Add(new Individual(sb.ToString()));
　　　　　　}
　　　　}
　　　　public double MaxFitness
　　　　{
　　　　　　get
　　　　　　{
　　　　　　　　double dmax = double.MinValue;
　　　　　　　　for (int i = 0; i < List.Count; i++)
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　if ((List[i] as Individual).Fitness > dmax) dmax = (List[i] as Individual).Fitness;
　　　　　　　　}
　　　　　　　　return dmax;
　　　　　　}
　　　　}
　　　　public double AverageFitness
　　　　{
　　　　　　get
　　　　　　{
　　　　　　　　return SumFitness / List.Count;
　　　　　　}
　　　　}
　　　　public double SumFitness
　　　　{
　　　　　　get
　　　　　　{
　　　　　　　　double dSum = 0;
　　　　　　　　for (int i = 0; i < List.Count; i++)
　　　　　　　　{
　　　　　　　　　　dSum += (List[i] as Individual).Fitness;
　　　　　　　　}
　　　　　　　　return dSum;
　　　　　　}
　　　　}
　　　　public IGeneticStrategy GeneticStrategy
　　　　{
　　　　　　get { return this._iGeneticStrategy; }
　　　　　　set { this._iGeneticStrategy = value; }
　　　　}
　　　　public Population Select()
　　　　{
　　　　　　if (_iGeneticStrategy == null) return null;
　　　　　　return _iGeneticStrategy.Select(this);
　　　　}
　　　　public void Crossover()
　　　　{
　　　　　　if (_iGeneticStrategy == null) return;
　　　　　　_iGeneticStrategy.Crossover(this);
　　　　}
　　　　public void Mutation()
　　　　{
　　　　　　if (_iGeneticStrategy == null) return;
　　　　　　_iGeneticStrategy.Mutation(this);
　　　　}
　　　　public Individual this[int index]
　　　　{
　　　　　　get { return (Individual)this.List[index]; }
　　　　　　set { this.List[index] = value; }
　　　　}
　　　　public void Add(Individual ind)
　　　　{
　　　　　　this.List.Add(ind);
　　　　}
　　　　public int Indexof(Individual ind)
　　　　{
　　　　　　return this.List.IndexOf(ind);
　　　　}
　　　　public void Print()
　　　　{
　　　　　　for (int i = 0; i < List.Count; i++)
　　　　　　{
　　　　　　　　Console.WriteLine("第{0}個體fit={2} {1}", i.ToString(), (List[i] as Individual).Variable.ToString(), (List[i] as Individual).Fitness);
　　　　　　}
　　　　}
　　　　#region ICloneable 成員
　　　　public object Clone()
　　　　{
　　　　　　Population pop = new Population(this.GeneticStrategy);
　　　　　　for (int i = 0; i < this.List.Count; i++)
　　　　　　　　pop.List.Add(this.List[i]);
　　　　　　return pop;
　　　　}
　　　　#endregion
　　　　#region IDisposable 成員
　　　　public void Dispose()
　　　　{
　　　　　　_iGeneticStrategy = null;
　　　　}
　　　　#endregion
　　}
}
//
//Individual
//
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
namespace SGA.SingleGA
{
　　public class Individual : ICloneable
　　{
　　　　private string _gene;
　　　　private double _fitness = double.MinValue;
　　　　public static IFitness _calFit = new OneDFitness();
　　　　public string Gene
　　　　{
　　　　　　get { return _gene; }
　　　　　　set
　　　　　　{
　　　　　　　　_gene = value;
　　　　　　　　_fitness = _calFit.Fitness(Variable);
　　　　　　}
　　　　}
　　　　public double Fitness
　　　　{
　　　　　　get { return _fitness; }
　　　　}
　　　　public double Variable
　　　　{
　　　　　　get { return Coder.ToReal(_gene, -1.0, 2.0); }
　　　　}
　　　　public Individual()
　　　　{
　　　　}
　　　　public Individual(string sGene)
　　　　{
　　　　　　Gene = sGene;
　　　　}
　　　　public Individual(string sGene,IFitness calFit)
　　　　{
　　　　　　_calFit = calFit;
　　　　　　this.Gene = sGene;
　　　　}
　　　　//public IFitness CalFit
　　　　//{
　　　　//　　get { return this._calFit; }
　　　　//　　set
　　　　//　　{
　　　　//　　　　this._calFit = value;
　　　　//　　　　_fitness = _calFit.Fitness(Coder.ToReal(_gene, -1.0, 2.0));
　　　　//　　}
　　　　//}
　　　　public int ToMetrication()
　　　　{
　　　　　　return Convert.ToInt32(Gene, 2);
　　　　}
　　　　public static int operator * (Individual ind1,Individual ind2)
　　　　{
　　　　　　Random rd = new Random();
　　　　　　int iStart = rd.Next(0, ind1.Gene.Length-2);
　　　　　　int iLast = rd.Next(iStart+1,ind1.Gene.Length-1);
　　　　　　while (ind1.Gene.Substring(iStart, iLast - iStart) == ind2.Gene.Substring(iStart, iLast - iStart))
　　　　　　{
　　　　　　　　iStart = rd.Next(0, ind1.Gene.Length - 2);
　　　　　　　　iLast = rd.Next(iStart + 1, ind1.Gene.Length - 1);
　　　　　　}
　　　　　　StringBuilder sbGene1 = new StringBuilder();
　　　　　　sbGene1.Append(ind1.Gene.Substring(0, iStart));
　　　　　　sbGene1.Append(ind2.Gene.Substring(iStart, iLast-iStart));
　　　　　　sbGene1.Append(ind1.Gene.Substring(iLast));
　　　　　　StringBuilder sbGene2 = new StringBuilder();
　　　　　　sbGene2.Append(ind2.Gene.Substring(0, iStart));
　　　　　　sbGene2.Append(ind1.Gene.Substring(iStart,iLast-iStart));
　　　　　　sbGene2.Append(ind2.Gene.Substring(iLast));
　　　　　　ind1.Gene = sbGene1.ToString();
　　　　　　ind2.Gene = sbGene2.ToString();
　　　　　　return iLast - iStart;
　　　　}
　　　　public int Crossover(Individual ind)
　　　　{
　　　　　　return this * ind;
　　　　}
　　　　public int Mutation()
　　　　{
　　　　　　Random rd = new Random();
　　　　　　int iPos = rd.Next(0, this.Gene.Length-1);
　　　　　　StringBuilder sb = new StringBuilder(this.Gene);
　　　　　　sb[iPos] = sb[iPos] == '0' ? '1' : '0';
　　　　　　this.Gene = sb.ToString();
　　　　　　return iPos;
　　　　}
　　　　public override string ToString()
　　　　{
　　　　　　return this.Gene;
　　　　}
　　　　public override bool Equals(object obj)
　　　　{
　　　　　　return base.Equals(obj);
　　　　}
　　　　public override int GetHashCode()
　　　　{
　　　　　　return base.GetHashCode();
　　　　}
　　　　#region ICloneable 成員
　　　　public object Clone()
　　　　{
　　　　　　return new Individual(this.Gene);
　　　　}
　　　　#endregion
　　}
}