千家信息网

Python怎么实现遗传算法

发表于:2026-11-03 作者:千家信息网编辑
千家信息网最后更新 2026年11月03日,这篇文章给大家分享的是有关Python怎么实现遗传算法的内容。小编觉得挺实用的,因此分享给大家做个参考,一起跟随小编过来看看吧。(一)问题遗传算法求解正方形拼图游戏(二)代码#!/usr/bin/en
千家信息网最后更新 2026年11月03日Python怎么实现遗传算法

这篇文章给大家分享的是有关Python怎么实现遗传算法的内容。小编觉得挺实用的,因此分享给大家做个参考,一起跟随小编过来看看吧。

(一)问题

遗传算法求解正方形拼图游戏

(二)代码

#!/usr/bin/env python# -*- coding: utf-8 -*- from PIL import Image, ImageDrawimport osimport gcimport random as rimport minpy.numpy as np class Color(object):    '''    定义颜色的类,这个类包含r,g,b,a表示颜色属性    '''    def __init__(self):        self.r = r.randint(0, 255)        self.g = r.randint(0, 255)        self.b = r.randint(0, 255)        self.a = r.randint(95, 115)  def mutate_or_not(rate):    '''    生成随机数,判断是否需要变异    '''    return True if rate > r.random() else False  class Triangle(object):    '''    定义三角形的类    属性:            ax,ay,bx,by,cx,cy:表示每个三角形三个顶点的坐标            color                       : 表示三角形的颜色            img_t                    : 三角形绘制成的图,用于合成图片    方法:            mutate_from(self, parent):      从父代三角形变异            draw_it(self, size=(256, 256)): 绘制三角形    '''      max_mutate_rate = 0.08    mid_mutate_rate = 0.3    min_mutate_rate = 0.8      def __init__(self, size=(255, 255)):        t = r.randint(0, size[0])        self.ax = r.randint(0, size[0])        self.ay = r.randint(0, size[1])        self.bx = self.ax+t        self.by = self.ay        self.cx = self.ax+t        self.cy = self.ay-t        self.dx = self.ax        self.dy = self.ay-t        self.color = Color()        self.img_t = None      def mutate_from(self, parent):        if mutate_or_not(self.max_mutate_rate):            t = r.randint(0, 255)            self.ax = r.randint(0, 255)            self.ay = r.randint(0, 255)            self.bx = self.ax + t            self.by = self.ay            self.dx = self.ax            self.dy = self.ay - t            self.cx = self.ax + t            self.cy = self.ay - t        if mutate_or_not(self.mid_mutate_rate):            t = min(max(0, parent.ax + r.randint(-15, 15)), 255)            self.ax = min(max(0, parent.ax + r.randint(-15, 15)), 255)            self.ay = min(max(0, parent.ay + r.randint(-15, 15)), 255)            self.bx = self.ax + t            self.by = self.ay            self.dx = self.ax            self.dy = self.ay - t            self.cx = self.ax + t            self.cy = self.ay - t        if mutate_or_not(self.min_mutate_rate):            t = min(max(0, parent.ax + r.randint(-3, 3)), 255)            self.ax = min(max(0, parent.ax + r.randint(-3, 3)), 255)            self.ay = min(max(0, parent.ay + r.randint(-3, 3)), 255)            self.bx = self.ax + t            self.by = self.ay            self.dx = self.ax            self.dy = self.ay - t            self.cx = self.ax + t            self.cy = self.ay - t                  # color        if mutate_or_not(self.max_mutate_rate):            self.color.r = r.randint(0, 255)        if mutate_or_not(self.mid_mutate_rate):            self.color.r = min(max(0, parent.color.r + r.randint(-30, 30)), 255)        if mutate_or_not(self.min_mutate_rate):            self.color.r = min(max(0, parent.color.r + r.randint(-10, 10)), 255)         if mutate_or_not(self.max_mutate_rate):            self.color.g = r.randint(0, 255)        if mutate_or_not(self.mid_mutate_rate):            self.color.g = min(max(0, parent.color.g + r.randint(-30, 30)), 255)        if mutate_or_not(self.min_mutate_rate):            self.color.g = min(max(0, parent.color.g + r.randint(-10, 10)), 255)         if mutate_or_not(self.max_mutate_rate):            self.color.b = r.randint(0, 255)        if mutate_or_not(self.mid_mutate_rate):            self.color.b = min(max(0, parent.color.b + r.randint(-30, 30)), 255)        if mutate_or_not(self.min_mutate_rate):            self.color.b = min(max(0, parent.color.b + r.randint(-10, 10)), 255)        # alpha        if mutate_or_not(self.mid_mutate_rate):            self.color.a = r.randint(95, 115)        # if mutate_or_not(self.mid_mutate_rate):        #     self.color.a = min(max(0, parent.color.a + r.randint(-30, 30)), 255)        # if mutate_or_not(self.min_mutate_rate):        #     self.color.a = min(max(0, parent.color.a + r.randint(-10, 10)), 255)      def draw_it(self, size=(256, 256)):        self.img_t = Image.new('RGBA', size)        draw = ImageDraw.Draw(self.img_t)        draw.polygon([(self.ax, self.ay),                      (self.bx, self.by),                      (self.cx, self.cy),                      (self.dx, self.dy)],                     fill=(self.color.r, self.color.g, self.color.b, self.color.a))        return self.img_t  class Canvas(object):    '''    定义每一张图片的类    属性:            mutate_rate      : 变异概率            size             : 图片大小            target_pixels: 目标图片像素值    方法:            add_triangles(self, num=1)      : 在图片类中生成num个三角形            mutate_from_parent(self, parent): 从父代图片对象进行变异            calc_match_rate(self)                   : 计算环境适应度            draw_it(self, i)                           : 保存图片    '''      mutate_rate = 0.01    size = (256, 256)    target_pixels = []      def __init__(self):        self.triangles = []        self.match_rate = 0        self.img = None      def add_triangles(self, num=1):        for i in range(0, num):            triangle = Triangle()            self.triangles.append(triangle)      def mutate_from_parent(self, parent):        flag = False        for triangle in parent.triangles:            t = triangle            if mutate_or_not(self.mutate_rate):                flag = True                a = Triangle()                a.mutate_from(t)                self.triangles.append(a)                continue            self.triangles.append(t)        if not flag:            self.triangles.pop()            t = parent.triangles[r.randint(0, len(parent.triangles) - 1)]            a = Triangle()            a.mutate_from(t)            self.triangles.append(a)      def calc_match_rate(self):        if self.match_rate > 0:            return self.match_rate        self.match_rate = 0        self.img = Image.new('RGBA', self.size)        draw = ImageDraw.Draw(self.img)        draw.polygon([(0, 0), (0, 255), (255, 255), (255, 0)], fill=(255, 255, 255, 255))        for triangle in self.triangles:            self.img = Image.alpha_composite(self.img, triangle.img_t or triangle.draw_it(self.size))            # 与下方代码功能相同,此版本便于理解但效率低        # pixels = [self.img.getpixel((x, y)) for x in range(0, self.size[0], 2) for y in range(0, self.size[1], 2)]        # for i in range(0, min(len(pixels), len(self.target_pixels))):        #     delta_red   = pixels[i][0] - self.target_pixels[i][0]        #     delta_green = pixels[i][1] - self.target_pixels[i][1]        #     delta_blue  = pixels[i][2] - self.target_pixels[i][2]        #     self.match_rate += delta_red   * delta_red   + \        #                        delta_green * delta_green + \        #                        delta_blue  * delta_blue        arrs = [np.array(x) for x in list(self.img.split())]    # 分解为RGBA四通道        for i in range(3):                                      # 对RGB通道三个矩阵分别与目标图片相应通道作差取平方加和评估相似度            self.match_rate += np.sum(np.square(arrs[i]-self.target_pixels[i]))[0]     def draw_it(self, i):        #self.img.save(os.path.join(PATH, "%s_%d_%d_%d.png" % (PREFIX, len(self.triangles), i, self.match_rate)))        self.img.save(os.path.join(PATH, "%d.png" % (i)))  def main():        global LOOP, PREFIX, PATH, TARGET, TRIANGLE_NUM        # 声明全局变量        img = Image.open(TARGET).resize((256, 256)).convert('RGBA')        size = (256, 256)        Canvas.target_pixels = [np.array(x) for x in list(img.split())]        # 生成一系列的图片作为父本,选择其中最好的一个进行遗传        parentList = []        for i in range(20):            print('正在生成第%d个初代个体' % (i))            parentList.append(Canvas())            parentList[i].add_triangles(TRIANGLE_NUM)            parentList[i].calc_match_rate()        parent = sorted(parentList, key=lambda x: x.match_rate)[0]        del parentList        gc.collect()        # 进入遗传算法的循环        i = 0        while i < 30000:            childList = []            # 每一代从父代中变异出10个个体            for j in range(10):                childList.append(Canvas())                childList[j].mutate_from_parent(parent)                childList[j].calc_match_rate()            child = sorted(childList, key=lambda x: x.match_rate)[0]            # 选择其中适应度最好的一个个体            del childList            gc.collect()            parent.calc_match_rate()            if i % LOOP == 0:                print ('d parent rate d \t child1 rate d' % (i, parent.match_rate, child.match_rate))            parent = parent if parent.match_rate < child.match_rate else child            # 如果子代比父代更适应环境,那么子代成为新的父代            # 否则保持原样            child = None            if i % LOOP == 0:                # 每隔LOOP代保存一次图片                parent.draw_it(i)                #print(parent.match_rate)                #print ('d parent rate d \t child1 rate d' % (i, parent.match_rate, child.match_rate))            i += 1  '''定义全局变量,获取待处理的图片名'''NAME = input('请输入原图片文件名:')LOOP = 100PREFIX = NAME.split('/')[-1].split('.')[0]  # 取文件名PATH = os.path.abspath('.')  # 取当前路径PATH = os.path.join(PATH,'results')TARGET = NAME  # 源图片文件名TRIANGLE_NUM = 256  # 三角形个数 if __name__ == '__main__':    #print('开始进行遗传算法')    main()

(三)运行结果

(四)结果描述

代码是在遗传算法求解三角形火狐拼图改进而来,遗传算法求解正方形拼图游戏只需随机生成一个坐标和一个常数值(作为正方形的边长),通过正方形的性质,可以写出正方形其他三个点的坐标,确定了四个点的坐标之后,进行遗传和变异。

感谢各位的阅读!关于"Python怎么实现遗传算法"这篇文章就分享到这里了,希望以上内容可以对大家有一定的帮助,让大家可以学到更多知识,如果觉得文章不错,可以把它分享出去让更多的人看到吧!

图片 遗传 三角形 三角 算法 变异 正方 正方形 坐标 生成 三个 个体 代码 属性 文件 文件名 通道 颜色 全局 内容 数据库的安全要保护哪些东西 数据库安全各自的含义是什么 生产安全数据库录入 数据库的安全性及管理 数据库安全策略包含哪些 海淀数据库安全审计系统 建立农村房屋安全信息数据库 易用的数据库客户端支持安全管理 连接数据库失败ssl安全错误 数据库的锁怎样保障安全 广东猪兼强互联网科技有限公司 互联网和科技创新 互联网科技未来 安徽鑫晟辉互联网科技 苏州互联网科技贷款公司 苏州大垚互联网科技 互联网科技网站 多迪互联网科技有限公司 互联网企业和科技型企业 互联网和黑科技的看法 武汉健翔互联网络科技有限公司 华夏恒生科技与互联网科技 互联网时代的科技公司 南通创西澳互联网科技有限公司 互联网企业科技类企业如何做账 卡尔迅互联网科技有限公司 广州燕处互联网科技有限公司 山东大美朱楼互联网科技有限公司 北京互联网科技类企业分布 马化腾互联网科技教学 云南咖啡 广州百单互联网科技有限公司 互联网下的科技发展 互联网科技公司电话 互联网教育科技公司vipkid 团飞科技与伯堂互联网服务平台 互联网科技项目计划书材料类 千方科技属于互联网企业吗 现代互联网科技公司 科技互联网企业在行动
0