免疫算法主程序在matlab上的实现

时间：2021-11-06 07:41:42
%这是免疫算法。这个算法几乎与遗传算法一样，只是多用了一个免疫函数
%免疫算法是遗传 算法的变体，它不用杂交，而是采用注入疫苗的方法。
%疫苗是优秀染色体中的一段基因，把疫苗接种到其它染色体中
%注意：标准遗传算法的一个重要概念是，染色体是可能解的2进制顺序号，由这个序号在可能解的集合(解空间)中找到可能解
%这是免疫算法的主程序，它需要调用的函数如下。
%接种疫苗函数：
%function inoculateChromosome=immunity(chromosomeGroup,bacterinChromosome,parameter)
%parameter:1,随机制取染色体接种。2，每个染色体都接种。3，每个染色体都接种，但接种的位置是随机的
%这个函数实现对染色体的疫苗接种
%由染色体(可能解的2进制)顺序号找到可能解：
%x=chromosome_x(fatherChromosomeGroup,oneDimensionSet,solutionSum);
%把解代入非线性方程组计算误差函数：functionError=nonLinearSumError1(x);
%判定程是否得解函数：[solution,isTrue]=isSolution(x,funtionError,solutionSumError);
%选择最优染色体函数：
%[bestChromosome,leastFunctionError]=best_worstChromosome(fatherChromosomeGroup,functionError);
%误差比较函数：从两个染色体中，选出误差较小的染色体
%[holdBestChromosome,holdLeastFunctionError]...
% =compareBestChromosome(holdBestChromosome,holdLeastFunctionError,...
% bestChromosome,leastFuntionError)
%为染色体定义概率函数，好的染色体概率高，坏染色体概率低
%p=chromosomeProbability(functionError);
%按概率选择染色体函数：
%slecteChromosomeGroup=selecteChromome(fatherChromosomeGroup,p);
%父代染色体杂交产生子代染色体函数
%sonChrmosomeGroup=crossChromosome(slecteChromosomeGroup,2);
%防止染色体超出解空间的函数
%chromosomeGroup=checkSequence(chromosomeGroup,solutionSum)
%变异函数
�therChromosomeGroup=varianceCh(sonChromosomeGroup,0.8,solutionN);
%通过实验有如下结果：
%1。染色体应当多一些
%2。通过概率选择染色体，在迭代早期会有效选出优秀的染色体，使解的误差迅速降低，
%但随着迭代的进行，概率选择也会导致某种染色体在基因池中迅速增加，使染色体趋同，
%这就减少了物种的多样性，反而难以逼近解
%3。不用概率选择，仅采用染色体杂交，采用保留优秀染色体，也可以得到解
%4。单纯免疫效果不好，杂交+免疫效果比较好
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%程序开始运行
clear,clc;%清理内存，清屏
circleN=200;%迭代次数
format long
%%%%%%%%%%%%%%%构造可能解的空间，确定染色体的个数、长度
solutionSum=4;leftBoundary=-10;rightBoundary=10;
distance=1;chromosomeSum=500;solutionSumError=0.1;
%solutionSum:非线性方程组的元数(待解变量的个数)；leftBoundary:可能解的左边界；
%rightBoundary:可能解的右边界；distance:可能解的间隔，也是解的精度
%chromosomeSum:染色体的个数；solveSumError:解的误差
oneDimensionSet=leftBoundary:distance:rightBoundary;
%oneDimensionSet:可能解在一个数轴(维)上的集合
oneDimensionSetN=size(oneDimensionSet,2);%返回oneDimensionSet中的元素个数
solutionN=oneDimensionSetN^solutionSum;%解空间(解集合)中可能解的总数
binSolutionN=dec2bin(solutionN);%把可能解的总数转换成二进制数
chromosomeLength=size(binSolutionN,2);%由解空间中可能解的总数(二进制数)计算染色体的长度
%%%%%%%%%%%%%%%%程序初始化
%随机生成初始可能解的顺序号,+1是为了防止出现0顺序号
solutionSequence=fix(rand(chromosomeSum,1)*solutionN)+1;
for i=1:chromosomeSum%防止解的顺序号超出解的个数
if solutionSequence(i)>solutionN;
solutionSequence(i)=solutionN;
end
end
%染色体是解集合中的序号,它对应一个可能解
%把解的十进制序号转成二进制序号
fatherChromosomeGroup= dec2bin( solutionSequence,chromosomeLength);
holdLeastFunctionError=Inf;%可能解的最小误差的初值
holdBestChromosome=0;%对应最小误差的染色体的初值
%%%%%%%%%%%%%%%%%%开始计算
compute=1;
circle=0;
while compute%开始迭代求解
%%%%%%%%%%%%%1:由可能解的序号寻找解本身(关键步骤)
x=chromosome_x(fatherChromosomeGroup,oneDimensionSet,solutionSum);
%%%%%%%%%%%%%2：把解代入非线性方程计算误差
functionError=nonLinearSumError1(x);%把解代入方程计算误差
[solution,minError,isTrue]=isSolution(x,functionError,solutionSumError);
%isSolution函数根据误差functionError判定方程是否已经解开，isTrue=1,方程得解。solution是方程的解
if isTrue==1
'方程得解'
solution
minError
return%结束程序
end
%%%%%%%%%%%%%3：选择最好解对应的最优染色体
[bestChromosome,leastFunctionError]=best_worstChromosome(fatherChromosomeGroup,functionError);
%%%%%%%%%%%%%4：保留每次迭代产生的最好的染色体
%本次最好解与上次最好解进行比较，如果上次最好解优于本次最好解，保留上次最好解；
%反之，保留本次最好解。保留的最好染色体放在holdBestChromosome中
[holdBestChromosome,holdLeastFunctionError]...
=compareBestChromosome(holdBestChromosome,holdLeastFunctionError,...
bestChromosome,leastFunctionError);
circle=circle+1
%minError
%solution
holdLeastFunctionError
if circle>circleN
return
end
%%%%%%%%%%%%%%5:把保留的最好的染色体holdBestChromosome加入到染色体群中
order=round(rand(1)*chromosomeSum);
if order==0
order=1;
end
fatherChromosomeGroup(order,:)=holdBestChromosome;
functionError(order)=holdLeastFunctionError;
%%%%%%%%%%%%%%%6:为每一条染色体(即可能解的序号)定义一个概率(关键步骤)
%%%%%%%%%%%%%%%好的染色体概率高，坏的概率低。依据误差functionError计算概率
[p,trueP]=chromosomeProbability(functionError);
if trueP =='Fail'
'可能解严重不适应方程，请重新开始'
return%结束程序
end
%%%%%%%%%%%%%%%7：按照概率筛选染色体(关键步骤)
�=bin2dec(fatherChromosomeGroup)%显示父染色体
%从父染体中选择优秀染色体
%selecteChromosomeGroup=selecteChromosome(fatherChromosomeGroup,p);
%%%%%%%%%%%%%%%8：染色体杂交(关键步骤)
%sle=bin2dec(selecteChromosomeGroup)%显示选择出来的解的序号(染色体)
%用概率筛选出的染色体selecteChromosomeGroup进行杂交，产生子代染色体
%sonChromosomeGroup=crossChromosome(selecteChromosomeGroup,2);
%不用概率筛选出的染色体selecteChromosomeGroup进行杂交，而直接用上一代(父代)的
sonChromosomeGroup=crossChromosome(fatherChromosomeGroup,2);
%sonChromosomeGroup=immunity(fatherChromosomeGroup,holdBestChromosome,3);
%把疫苗接种到其它染色体中
sonChromosomeGroup=immunity(sonChromosomeGroup,holdBestChromosome,3);
%cro=bin2dec(sonChromosomeGroup)%显示杂交后的子代染色体
sonChromosomeGroup=checkSequence(sonChromosomeGroup,solutionN);%检查杂交后的染色体是否越界
%%%%%%%%%%%%%%%9：变异
%不杂交直接变异
�therChromosomeGroup=varianceCh(fatherChromosomeGroup,0.1,solutionN);
%杂交后变异
fatherChromosomeGroup=varianceCh(sonChromosomeGroup,0.5,solutionN);
fatherChromosomeGroup=checkSequence(fatherChromosomeGroup,solutionN);%检查变异后的染色体是否越界
end
　
接种疫苗函数，这是和遗传算法唯一不同的函数，可以用它代替染色体的交叉操作。
%chromosomeGroup:染色体组
�chterinChromosome:疫苗染色体，即最好的染色体。从这个染色体上取疫苗
%parameter:接种疫苗的参数，即用什么方法接种
%inoculateChromosome:接种疫苗后的染色体
function inoculateChromosome=immunity(chromosomeGroup,bacterinChromosome,parameter)
[chromosomeGroupSum,chromosomeLength]=size(chromosomeGroup);
[row,bacterinChromosomeLength ]=size(bacterinChromosome);
%chromosomeGroupSum:染色体的条数；chromosomeLength：染色体的长度
switch parameter
case 1%随机选择染色体进行接种
for i=1:chromosomeGroupSum
%%%%%%%%%%%%从疫苗染色体上定位疫苗
headDot=fix(rand(1)*bacterinChromosomeLength );
%疫苗在染色体上左边的点位
if headDot==0%防止出现0点位
headDot=1;
end
tailDot=fix(rand(1)*bacterinChromosomeLength );
%疫苗在染色体上右边的点位
if tailDot==0%防止出现0点位
tailDot=1;
end
if tailDot>headDot%防止右边的点位大于左边的点位
dot=headDot;
headDot=tailDot;
tailDot=dot;
end
%%%%%%%%%%%%%接种
randChromosomeSequence=round(rand(1)*chromosomeGroupSum);
%随机产生1条染色体的序号，对这条染色体进行接种
if randChromosomeSequence==0%防止产生0序号
randChromosomeSequence=1;
end
inoculateChromosome(i,:)...%先把输入染色体传给输出
=chromosomeGroup(randChromosomeSequence,:);
%执行免疫，即从疫苗染色体上取出一段基因做疫苗，再注入到其它染色体中
inoculateChromosome(i,headDot:tailDot)...
=bacterinChromosome(1,headDot:tailDot);
end
case 2 %所有染色体挨个接种
for i=1:chromosomeGroupSum
%%%%%%%%%%%%从疫苗染色体上定位疫苗
headDot=fix(rand(1)*bacterinChromosomeLength );
%疫苗在染色体上左边的点位
if headDot==0%防止出现0点位
headDot=1;
end
tailDot=fix(rand(1)*bacterinChromosomeLength );
%疫苗在染色体上右边的点位
if tailDot==0%防止出现0点位
tailDot=1;
end
if tailDot>headDot%防止右边的点位大于左边的点位
dot=headDot;
headDot=tailDot;
tailDot=dot;
end
%%%%%%%%%%%%%接种
inoculateChromosome(i,:)=chromosomeGroup(i,:);%先把输入染色体传给输出
%执行免疫，即从疫苗染色体上取出一段基因做疫苗，再注入到其它染色体中
inoculateChromosome(i,headDot:tailDot)...
=bacterinChromosome(1,headDot:tailDot);
end
case 3 %接种位置是随机的
for i=1:chromosomeGroupSum
%%%%%%%%%%%%从疫苗染色体上定位疫苗
headDot=fix(rand(1)*bacterinChromosomeLength );
%疫苗在染色体上左边的点位
if headDot==0%防止出现0点位
headDot=1;
end
tailDot=fix(rand(1)*bacterinChromosomeLength );
%疫苗在染色体上右边的点位
if tailDot==0%防止出现0点位
tailDot=1;
end
if tailDot>headDot%防止右边的点位大于左边的点位
dot=headDot;
headDot=tailDot;
tailDot=dot;
end
%%%%%%%%%%%%%在染色体上随机定位接种位置
inoculateDot=fix(rand(1)*chromosomeLength);%随机选择染色体的接种点位
if inoculateDot==0
inoculateDot=1;
inoculateChromosome(i,:)=chromosomeGroup(i,:);
inoculateChromosome(i,inoculateDot:tailDot-headDot+1)...
=bacterinChromosome(1,headDot:tailDot);
elseif inoculateDot<=headDot
inoculateChromosome(i,:)= chromosomeGroup(i,:);
inoculateChromosome(i,inoculateDot:inoculateDot+tailDot-headDot)...
=bacterinChromosome(1,headDot:tailDot );
elseif (chromosomeLength-inoculateDot)>=(tailDot-headDot)
inoculateChromosome(i,:)=chromosomeGroup(i,:);
inoculateChromosome(i,inoculateDot:inoculateDot+tailDot-headDot)...
=bacterinChromosome(1,headDot:tailDot);
else
inoculateChromosome(i,:)=chromosomeGroup(i,:);
inoculateChromosome(i,headDot:tailDot)...
=bacterinChromosome(1,headDot:tailDot);
end
end
end
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