遺傳算法，選擇算子之錦標賽選擇（競賽選擇）

遺傳算法，是最常用的解決優化問題的算法，是最早的群智能算法。遺傳算法中主要包括，選擇、交叉、變異算子，其中對DNA個體的編碼方式分為實數編碼和二進制編碼等。今日由於學習和工作需要對該算法進行了一些了解，對該算法中常用的競賽選擇方式做如下筆記：

 

遺傳算法中的競賽選擇方式是一種放回抽樣，幾元競賽就是一次性在總體中取出幾個個體，然后在這些個體中取出最優的個體放入保留到下一代種群的集合中。需要保存多少個體就重復此操作幾次。

以下為python2.7寫的代碼，已經測試過，共兩個文件，可以通過修改mycmp.py中的比較函數以適應不同需求。

tournament_selection.py

#!/usr/bin/env python
#encoding:UTF-8
import random
import numpy as np
from mycmp import mycmp

"""
        錦標賽方式選擇, 選擇出個體編號
        indicateValueDict {個體索引號：(Value1, Value2), } 
        key為索引號，從0開始。value為元組,一般不超過兩個元素。

        selectNum  需要選擇出的個體個數
        elementNum=2 默認為二元競賽選擇
"""
def tournament_selection_Dict(indicateValueDict, selectNum, elementNum=2):
    #個體索引列表
    indicateList=range(len(indicateValueDict)) 
    #選擇出的個體序號 列表
    remainIndicateList=[]

    #構建列表  [(索引號，(Value1, Value2)), ]
    indicateValueList=indicateValueDict.items()

    #對列表排序, 排序規則按個人需求定制,修改mycmp即可
    for i in xrange(selectNum):
        tempList=random.sample(indicateValueList, elementNum)
        tempList.sort(cmp=mycmp)

        bestIndicate=tempList[0][0]
        remainIndicateList.append(bestIndicate)
    ###返回選擇的索引列表
    return remainIndicateList


def tournament_selection_Matrix(indicateValueMatrix, selectNum, elementNum=2):
    #個體索引列表
    indicateList=range(indicateValueMatrix.shape[0]) 
    #選擇出的個體序號 列表
    remainIndicateList=[]

    for i in xrange(selectNum):
        tempList=random.sample(indicateList, elementNum)
        tempMatrix=indicateValueMatrix[tempList, ]

        tempMatrixToList=tempMatrix.tolist()
        tempMatrixToList=[(k[0], k[1:])for k in tempMatrixToList]
        tempMatrixToList.sort(mycmp)
        
        remainIndicateList.append(tempMatrixToList[0][0])
    return remainIndicateList


def tournament_selection_Dict2(indicateValueDict, selectNum, elementNum=2):
    #個體索引列表
    indicateList=range(len(indicateValueDict)) 
    #選擇出的個體序號 列表
    remainIndicateList=[]

    #構建列表  [(索引號，(Value1, Value2)), ]
    indicateValueList=indicateValueDict.items()

    #對列表排序, 排序規則按個人需求定制,修改mycmp即可
    indicateValueList.sort(cmp=mycmp)

    for i in xrange(selectNum):
        tempList=[]
        tempList.extend(random.sample(indicateList, elementNum))
        bestIndicate=indicateValueList[min(tempList)][0]
        remainIndicateList.append(bestIndicate)
    ###返回選擇的索引列表
    return remainIndicateList


if __name__=="__main__":
    xN=20
    yN=3
    selectNum=10
    indicateValueDict={0:[1,2.1], 1:[1,2.2], 2:[1,2.3], 3:[1,2.4], 4:[1,2.5], 5:[1,2.6], 6:[1,2.7], 7:[1,2.8], 8:[1,2.9], 9:[1,3.0], 10:[0,2.1], 11:[0,2.2], 12:[0,2.3], 13:[0,2.4], 14:[0,2.5], 15:[0,2.6], 16:[0,2.7], 17:[0,2.8], 18:[0,2.9], 19:[0,3.0]}
    random.seed(0)
    print tournament_selection_Dict(indicateValueDict, selectNum)
    print '-'*50
    random.seed(0)
    print tournament_selection_Dict2(indicateValueDict, selectNum)
    print '-'*50
    indicateValueMatrix=np.matrix([[0, 1, 2.1], [1, 1, 2.2], [2, 1, 2.3], [3, 1, 2.4], [4, 1, 2.5], [5, 1, 2.6], [6, 1, 2.7], [7, 1, 2.8], [8, 1, 2.9], [9, 1, 3.0], [10, 0, 2.1], [11, 0, 2.2], [12, 0, 2.3], [13, 0, 2.4], [14, 0, 2.5], [15, 0, 2.6], [16, 0, 2.7], [17, 0, 2.8], [18, 0, 2.9], [19, 0, 3.0]])
    random.seed(0)
    print tournament_selection_Matrix(indicateValueMatrix, selectNum)

 

 

mycmp.py

#!/usr/bin/env python
#encoding:UTF-8

###列表比較 算子 CMP
### 第一位元素升序， 第二位元素降序
def mycmp(left, right):
    #left 位於列表左的元素， right列表右側的元素
    a=left[1]
    b=right[1]

    if a[0]>b[0]:
        return 1
    elif a[0]<b[0]:
        return -1
    elif a[1]<b[1]:
        return 1
    elif a[1]>b[1]:
        return -1
    else:
        return 0

if __name__=="__main__":
    data=[(0, (0, 1)), (1, (1, 0)), (2, (1, 1))]
    data.sort(cmp=mycmp)
    print data

 

 

運行效果圖：

 

 

本程序可以作為單獨模塊被調用，具體代碼地址如下：

https://github.com/guojun007/tournament_selection