人工智能旅行商问题算法

㈠ tSp Concorder算法原理

tsp问题遗传算法将多目标按照线性加权的方式转化为单目标，然后应用传统遗传算法求解
其中w_i表示第i个目标的权重，f_k表示归一化之后的第i个目标值。我们很容易知道，这类方法的关键是怎么设计权重。比如，Random Weight Genetic Algorithm (RWGA) 采用随机权重的方式，每次计算适应度都对所有个体随机地产生不同目标的权重，然后进行选择操作。Vector-Evaluated Genetic Algorithm (VEGA) 也是基于线性加权的多目标遗传算法。如果有K个目标，VEGA 会随机地将种群分为K个同等大小子种群，在不同的子种群按照不同的目标函数设定目标值，然后再进行选择操作。VEGA 实质上是基于线性加权的多目标遗传算法。VEGA 是第一个多目标遗传算法，开启了十几年的研究潮流。
1.TSP问题是指假设有一个旅行商人要拜访n个城市，他必须选择所要走的路径，路径的限制是每个城市只能拜访一次，而且最后要回到原来出发的城市。路径的选择目标是要求得的路径路程为所有路径之中的最小值。本文使用遗传算法解决att30问题，即30个城市的旅行商问题。旅行商问题是一个经典的组合优化问题。一个经典的旅行商问题可以描述为：一个商品推销员要去若干个城市推销商品，该推销员从一个城市出发，需要经过所有城市后，回到出发地。应如何选择行进路线，以使总的行程最短。从图论的角度来看，该问题实质是在一个带权完全无向图中，找一个权值最小的Hamilton回路。由于该问题的可行解是所有顶点的全排列，随着顶点数的增加，会产生组合爆炸，它是一个NP完全问题。TSP问题可以分为对称和不对称。在对称TSP问题中，两座城市之间来回的距离是相等的，形成一个无向图，而不对称TSP则形成有向图。对称性TSP问题可以将解的数量减少了一半。所以本次实验的TSP问题使用att48数据，可在tsplib中下载数据包。演化算法是一类模拟自然界遗传进化规律的仿生学算法，它不是一个具体的算法，而是一个算法簇。遗传算法是演化算法的一个分支，由于遗传算法的整体搜索策略和优化计算是不依赖梯度信息，所以它的应用比较广泛。我们本次实验同样用到了遗传算法（用MATLAB编写）来解决TSP问题。

㈡ 旅行商问题的简介

“旅行商问题”常被称为“旅行推销员问题”，是指一名推销员要拜访多个地点时，如何找到在拜访每个地点一次后再回到起点的最短路径。规则虽然简单，但在地点数目增多后求解却极为复杂。以42个地点为例，如果要列举所有路径后再确定最佳行程，那么总路径数量之大，几乎难以计算出来。多年来全球数学家绞尽脑汁，试图找到一个高效的算法TSP问题在物流中的描述是对应一个物流配送公司，欲将n个客户的订货沿最短路线全部送到。如何确定最短路线。
TSP问题最简单的求解方法是枚举法。它的解是多维的、多局部极值的、趋于无穷大的复杂解的空间，搜索空间是n个点的所有排列的集合，大小为（n-1）！。可以形象地把解空间看成是一个无穷大的丘陵地带，各山峰或山谷的高度即是问题的极值。求解TSP，则是在此不能穷尽的丘陵地带中攀登以达到山顶或谷底的过程。

㈢ 假设哈密顿问题是NPC,证明:TSP（旅行商问题）属于NP-hard问题（现代优化计算方法 邢文旬主编 P50第11题）

首先HC是一个npc问题且是一个搜索问题，假设使用贪心策略的算法A（·）可解HC得到一条哈密顿回路。
再利用无向图G构造tsp的图G'，图G中存在的边权值设为1，图G中不存在的边权值设为X（X>1的整数）。
这样得到的一个TSP问题可使用算法A（·）来解。
图灵规约条件：（1）问题1，问题2都是搜索问题；
（2）求解问题1的算法A（·）可求解问题2；

（3）算法A（问题1）时间复杂度是多项式时间，则算法A(问题2)也是多项式时间；
所以HC可以图灵规约到这样一个TSP问题实例。
又因为HC是NPC类问题，可以图灵规约到TSP，所以TSP是NP-hard问题

㈣ 遗传算法解决旅行商问题(TSP)一:初始化和适应值

旅行商问题（Travelling salesman problem, TSP）是这样一个问题：给定一系列城市和每对城市之间的距离，求解访问每一座城市一次并回到起始城市的最短回路。

设有n个城市，城市i和城市j之间的距离是 。设

那么TSP问题使下面的目标最小：

首先，设置一下参数：

这里假设有10个城市，其坐标定义于pos变量，第一行是各个城市的x坐标，第二行是各个城市的y坐标，比如第一个城市的坐标为(1,1)，第三个城市的坐标为(2,2)。之后计算处各个城市之间的距离。

种群中每个个体，都表示着一个访问城市的路径，这意味着每个个体都要覆盖所有城市，但是只能经过一个城市一次。

根据种群中每个个体中城市的顺序，可以求出这个个体所代表的距离，距离越大，适应度越小，因此用距离的倒数作为个体的适应度值。

㈤ 用遗传算法求解10城市旅行商问题，用matlab编程，要可以运行的程序，跪求，必有重谢

%蚂蚁算法
function [Shortest_Route,Shortest_Length]=anttsp(city,iter_max,m,Alpha,Beta,Rho,Q)
n=size(city,1);
d=zeros(n,n);
d=squareform(pdist(city));
Eta=1./d;
Tau=ones(n,n);
Tabu=zeros(m,n);
nC=1;
R_best=zeros(iter_max,n);
L_best=inf.*ones(iter_max,1);

while nC<=iter_max
route=[];
for i=1:ceil(m/n)
route=[route,randperm(n)];
end
Tabu(:,1)=(route(1,1:m))';
for j=2:n
for i=1:m
visited=Tabu(i,1:(j-1));
J=zeros(1,(n-j+1));
P=J;
Jc=1;
for k=1:n
if isempty(find(visited==k, 1))
J(Jc)=k;
Jc=Jc+1;
end
end
for k=1:length(J)
P(k)=(Tau(visited(end),J(k))^Alpha)*(Eta(visited(end),J(k))^Beta);
end
P=P/(sum(P));

Pcum=cumsum(P);
Select=find(Pcum>=rand);
if isempty(Select)%是不是一定能保证Select不为空
Tabu(i,j)=round(1+(n-1)*rand);
else
next_visit=J(Select(1));
Tabu(i,j)=next_visit;
end
end
end
if nC>=2
Tabu(1,:)=R_best(nC-1,:);
end

L=zeros(m,1);
for i=1:m
R=Tabu(i,:);
for j=1:(n-1)
L(i)=L(i)+d(R(j),R(j+1));
end
L(i)=L(i)+d(R(1),R(n));
end
L_best(nC)=min(L);
pos=find(L==L_best(nC));
R_best(nC,:)=Tabu(pos(1),:);
nC=nC+1;

Delta_Tau=zeros(n,n);
for i=1:m
for j=1:(n-1)
Delta_Tau(Tabu(i,j),Tabu(i,j+1))=Delta_Tau(Tabu(i,j),Tabu(i,j+1))+Q/L(i);
end
Delta_Tau(Tabu(i,n),Tabu(i,1))=Delta_Tau(Tabu(i,n),Tabu(i,1))+Q/L(i);
end
Tau=(1-Rho).*Tau+Delta_Tau;
Tabu=zeros(m,n);
end
Pos=find(L_best==min(L_best));
Shortest_Route=R_best(Pos(1),:);
Shortest_Length=L_best(Pos(1));
end

%%随机算法
%city是n行2列的矩阵，每一行表示一个城市的经纬度，一共n个城市
%time表示循环次数，越大，可能找到的路径最短，当然里面有随机性。
function [Shortest_Route,Shortest_Length]=TSP_SuiJiSuanFa(city,times)
n=size(city,1);
d=squareform(pdist(city));
Shortest_Length=inf;
for i=1:times
tempRoute=randperm(n);
tempLength=0;
for j=1:n-1
tempLength=tempLength+d(tempRoute(j),tempRoute(j+1));
end
tempLength=tempLength+d(tempRoute(n),1);
if tempLength<Shortest_Length
Shortest_Length=tempLength;
Shortest_Route=tempRoute;
end
end

end