蟻群演算法解TSP問題
添加了部分註釋,幾乎沒有改動(引數和城市格式略做改動),原博主的程式碼寫的很容易理解,也是我找到的最短的程式碼了,在此感謝。
程式碼如下:
輸入檔案coords.txt:格式(序號,橫座標,縱座標,城市代號)//蟻群演算法關於簡單的TSP問題求解// #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<math.h> #include<time.h> #define M 13 //螞蟻的數量 #define N 52 //城市的數量 #define R 1000 //迭代次數 #define IN 1 //初始化的資訊素的量 #define MAX 0x7fffffff //定義最大值 struct coordinate { char city[15]; //城市名 int x; //城市相對橫座標 int y; //城市相對縱座標 }coords[N]; double graph[N][N]; //儲存城市之間的距離的鄰接矩陣,自己到自己記作MAX double phe[N][N]; //每條路徑上的資訊素的量 double add[N][N]; //代表相應路徑上的資訊素的增量 double yita[N][N]; //啟發函式,yita[i][j]=1/graph[i][j] int vis[M][N]; //標記已經走過的城市 int map[M][N]; //map[K][N]記錄第K只螞蟻走的路線 double solution[M]; //記錄某次迴圈中每隻螞蟻走的路線的距離 int bestway[N]; //記錄最近的那條路線 double bestsolution=MAX; int NcMax; //代表迭代次數,理論上迭代次數越多所求的解更接近最優解,最具有說服力 double alpha,betra,rou,Q; void Initialize(); //資訊初始化 void Inputcoords(FILE *fp); //將檔案中的座標資訊讀入 void GreateGraph(); //根據座標資訊建圖 double Distance(int *p); //計算螞蟻所走的路線的總長度 void Result(); //將結果儲存到out.txt中 void Initialize()//初始化引數和迭代次數 { alpha=2; betra=4; rou=0.5; Q=50; NcMax=R; return ; } //從檔案讀入城市座標 void Inputcoords(FILE *fp) { int i; int number; if(fp==NULL) { printf("Sorry,the file is not exist\n"); exit(1); } else { for(i=0; i<N; ++i) { fscanf(fp,"%d,%d,%d,%s",&number,&coords[i].x,&coords[i].y,coords[i].city); } } } //初始化任意兩個城市間的距離 void GreateGraph( ) { int i,j; double d; for(i=0; i<N-1; ++i) { graph[i][i]=MAX; //自己到自己標記為無窮大 for(j=i+1; j<N; ++j) { d=(double)((coords[i].x-coords[j].x)*(coords[i].x-coords[j].x)+(coords[i].y-coords[j].y)*(coords[i].y-coords[j].y)); graph[j][i]=graph[i][j]=sqrt(d); } } graph[N-1][N-1]=MAX; return ; } //計算環路的最小代價 double Distance(int *p) { double d=0; int i; for(i=0; i<N-1; ++i) { d+=graph[*(p+i)][*(p+i+1)]; } d+=graph[*(p+i)][*(p)]; return d; } //輸出各個結果 void Result() { FILE *fl; int i; fl = fopen("out.txt","a"); //將結果儲存在out.txt這個檔案裡面 fprintf(fl,"%s\n","本次演算法中的各引數如下:"); fprintf(fl,"alpha=%.3lf, betra=%.3lf, rou=%.3lf, Q=%.3lf\n",alpha,betra,rou,Q); fprintf(fl,"%s %d\n","本次演算法迭代次數為:",NcMax); fprintf(fl,"%s %.4lf\n","本演算法得出的最短路徑長度為:",bestsolution); fprintf(fl,"%s\n","本演算法求得的最短路徑為:"); for(i=0; i<N; ++i) fprintf(fl,"%s → ",coords[bestway[i]].city); fprintf(fl,"%s",coords[bestway[0]].city); fprintf(fl,"\n\n\n"); fclose(fl); return ; } int main() { int NC=0;//迭代次數 int i,j,k; int s; double drand,pro,psum; FILE *fp; Initialize(); fp = fopen("coords.txt","r+"); Inputcoords(fp); GreateGraph(); fclose(fp); for(i=0; i<N; ++i)//初始化 { for(j=0; j<N; ++j) { phe[i][j]=IN; //資訊素初始化 if(i!=j) yita[i][j]=100.0/graph[i][j]; //期望值,與距離成反比 } } memset(map,-1,sizeof(map)); //把螞蟻走的路線置空 memset(vis,0,sizeof(vis)); //0表示未訪問,1表示已訪問 srand(time(NULL)); while(NC++<=NcMax)//迭代次數小於等於最大值 { for(k=0; k<M; ++k) { map[k][0]=(k+NC)%N; //給每隻螞蟻分配一個起點,並且保證起點在N個城市裡 vis[k][map[k][0]]=1; //將起點標記為已經訪問,第k個螞蟻第1個點標記為訪問。每個螞蟻都有一個map } s=1;//當前每個螞蟻應該走的第幾個城市,下標從0開始,0是每個螞蟻的起點且已經走過 while(s<N) { for(k=0; k<M; ++k)//為第k個螞蟻選擇下一個城市 { psum=0;//Pij(概率)的分母部分,按照公式來計算 for(j=0; j<N; ++j) { if(vis[k][j]==0) { psum+=pow(phe[map[k][s-1]][j],alpha)*pow(yita[map[k][s-1]][j],betra); } } drand=(double)(rand()%5000); drand/=5000.0; //生成一個小於1的隨機數(輪盤隨機) pro=0;//累計的概率之和,當和大於隨機數的時候,代表選中當前城市,很形象的模擬 for(j=0; j<N; ++j) { if(vis[k][j]==0) pro+=pow(phe[map[k][s-1]][j],alpha)*pow(yita[map[k][s-1]][j],betra)/psum; if(pro>drand) break; } vis[k][j]=1; //將走過的城市標記起來(選中j,將j標記) map[k][s]=j; //記錄城市的順序 } s++; }//一次迭代完成 memset(add,0,sizeof(add)); for(k=0; k<M; ++k) //計算本次中的最短路徑// { solution[k]=Distance(map[k]); //螞蟻k所走的路線的總長度 if(solution[k]<bestsolution) { bestsolution=solution[k]; for(i=0; i<N; ++i) bestway[i]=map[k][i];//記錄當前最好的路徑 } } for(k=0; k<M; ++k) { for(j=0; j<N-1; ++j)//計算路徑上資訊素的增量 { add[map[k][j]][map[k][j+1]]+=Q/solution[k]; } add[N-1][0]+=Q/solution[k];//首尾相接 } for(i=0; i<N; ++i) { for(j=0; j<N; ++j) { phe[i][j]=phe[i][j]*rou+add[i][j];//更新資訊素 if(phe[i][j]<0.0001) //設立一個下界 phe[i][j]=0.0001; else if(phe[i][j]>20) //設立一個上界,防止啟發因子的作用被淹沒 phe[i][j]=20; } } memset(vis,0,sizeof(vis)); memset(map,-1,sizeof(map)); } Result(); printf("Result is saved in out.txt\n"); return 0; }
0,1,1,a 1,1,2,b 2,1,3,c 3,1,4,d 4,1,5,e 5,1,6,f 6,1,7,g 7,1,8,h 8,1,9,i 9,1,10,j 10,2,11,k 11,7,11,l 12,12,11,m 13,17,11,n 14,22,11,o 15,27,11,p 16,32,11,q 17,37,11,r 18,42,11,s 19,47,11,t 20,52,11,u 21,57,11,v 22,62,11,w 23,67,11,x 24,72,11,y 25,77,11,z 26,82,11,A 27,87,11,B 28,92,11,C 29,97,11,D 30,101,10,E 31,101,9,F 32,101,8,G 33,101,7,H 34,101,6,I 35,101,5,J 36,101,4,K 37,101,3,L 38,101,2,M 39,100,1,N 40,95,1,O 41,90,1,P 42,85,1,Q 43,80,1,R 44,75,1,S 45,70,1,T 46,65,1,U 47,60,1,V 48,55,1,W 49,50,1,X 50,45,1,Y 51,40,1,Z
輸出結果
本次演算法中的各引數如下: alpha=2.000, betra=4.000, rou=0.500, Q=50.000 本次演算法迭代次數為: 1000 本演算法得出的最短路徑長度為: 217.9515 本演算法求得的最短路徑為: j → k → l → m → n → o → p → q → r → s → t → u → v → w → x → y → z → A → B → C → D → E → F → G → H → I → J → K → L → M → N → O → P → Q → R → S → T → U → V → W → X → Y → Z → a → b → c → d → e → f → g → h → i → j
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