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genetico.h
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/*
* File: genetico.h
* Author: jaime
*
* Created on April 11, 2016, 7:08 PM
*/
#ifndef GENETICO_H //uso no netbeans
#define GENETICO_H //uso no netbeans
#include "time.h"
#include <vector>
class Genetico{
public:
//propriedades
int tamCromossomo;
int tamPop;
float probMutacao;
float probCrossover;
int qtMaxGeracoes;
//elementos
std::vector<int> cromossomo;
std::vector<int> externo;
std::vector< std::vector<int> > populacao;
std::vector< std::vector<int> > selecionados;
std::vector< std::vector<int> > popCrossover;
//vetor de aptidao para cada cromossomo da população
std::vector<int> aptidao;
//construtores
Genetico(int tamCromossomo, int tamPop, float probMutacao, float probCrossover, int qtMaxGeracoes);
~Genetico();
//funcoes
void criarCromossomo();
void criarPop();
void crossover();
void mutacao();
int fitness(int posicao);
void avaliar();
void selecaoNatural();
int run();
int min();
int zeroColisao();
void printBoardToFile();
};
/*
construtor
*/
Genetico::Genetico(int tamCromossomo, int tamPop, float probMutacao, float probCrossover, int qtMaxGeracoes){
srand(time(0));
this->tamCromossomo = tamCromossomo;
this->tamPop = tamPop;
this->probMutacao = probMutacao;
this->probCrossover = probCrossover;
this->qtMaxGeracoes = qtMaxGeracoes;
this->populacao.reserve(tamPop);
this->selecionados.reserve(tamPop);
this->popCrossover.reserve(tamPop);
for (int i = 0; i < tamPop; ++i)
{
this->populacao[i].reserve(tamCromossomo);
this->selecionados[i].reserve(tamCromossomo);
this->popCrossover[i].reserve(tamCromossomo);
}
this->cromossomo.reserve(tamCromossomo);
this->externo.reserve(tamCromossomo);
this->aptidao.reserve(tamPop);
}
/*
destructor
*/
Genetico::~Genetico(){
}
int Genetico::run(){
int posicao;
criarPop();
int epocas = 0;
while(true)
{
avaliar();
posicao = zeroColisao();
if(posicao != -1){
for (int i = 0; i < this->tamCromossomo; ++i)
{
//std::cout<<this->populacao[posicao][i]<<" ";
}
//std::cout<<std::endl;
return posicao;
//break;
}
selecaoNatural();
crossover();
mutacao();
++epocas;
if(epocas == this->qtMaxGeracoes){
posicao = min();
//std::cout<<"Solução não ótima encontrada com numColisoes = "<<aptidao[posicao]/2<<std::endl;
for (int i = 0; i < this->tamCromossomo; ++i)
{
//std::cout<<this->populacao[posicao][i]<<" ";
}
//std::cout<<std::endl;
return posicao;
//break;
}
}
}
/*
checa se já há uma solução para o problema
*/
int Genetico::zeroColisao(){
for (int i = 0; i < this->tamPop; ++i)
{
if(this->aptidao[i] == 0){
return i;
}
}
return -1;
}
//mostra na tela um tabuleiro
void Genetico::printBoardToFile(){
}
/*
cria um vetor de inteiros de tamanho n que
vão representar a posição da rainha no tabuleiro
*/
void Genetico::criarCromossomo(){
this->cromossomo.clear();//limpar cromossomo caso já tenha valores
this->cromossomo.reserve(this->tamCromossomo);//definir tamanho do cromossomo
for(int i=0; i<this->tamCromossomo; i++){
this->cromossomo.push_back(int(rand()%this->tamCromossomo));
for(int j=0; j<i; j++){//verifica se a posição já foi escolhida
if(this->cromossomo[i] == this->cromossomo[j])
this->cromossomo[i] = int(rand()%this->tamCromossomo);
}
}
}
/*
cria uma população de cromossomos de tamanho "tamPop"
*/
void Genetico::criarPop(){
//criar populaçao de tamanho tamPop
for (int i = 0; i < this->tamPop; ++i)
{
criarCromossomo();
this->populacao.push_back(this->cromossomo);
}
}
/*
cruzar dois cromossomos a
*/
void Genetico::crossover(){
int pontoDeCorte;
float probabilidade;
//int x,y;
for (int i = 0; i < this->tamPop-1; i+=2)
{
probabilidade = rand()%100;//probabilidade de acontecer crossover
probabilidade /= 100;
if(probabilidade <= this->probCrossover){
pontoDeCorte = int(rand()%this->tamCromossomo-1)+1;
//de 0 até o ponto de corte
for (int n = 0; n < pontoDeCorte; ++n)
{
this->popCrossover[i][n] = this->selecionados[i+1][n];//primeiro filho criado
this->popCrossover[i+1][n] = this->selecionados[i][n];//segundo filho criado
}
//do ponto de corte até tam do cromossomo
for (int n = pontoDeCorte; n < this->tamCromossomo; ++n)
{
this->popCrossover[i+1][n] = this->selecionados[i+1][n];//primeiro filho criado
this->popCrossover[i][n] = this->selecionados[i][n];//segundo filho criado
}
}
else{//se não houver crossover, simplesmente passar os pais adiante
for (int n = 0; n < this->tamCromossomo; ++n)
{
this->popCrossover[i][n] = this->selecionados[i][n];
this->popCrossover[i+1][n] = this->selecionados[i+1][n];
}
}
}
}
/*
mutaciona população a uma probabilidade probMutacao
caso mutacione, cria um novo cromossomo aleatório
e modifica na população
*/
void Genetico::mutacao(){
float prob;
for (int i = 0; i < this->tamPop; ++i)
{
prob = rand()%100000;
prob /= 100000;
if(prob <= this->probMutacao){
criarCromossomo();
this->populacao[i] = this->cromossomo;
}
else{
for (int x = 0; x < this->tamCromossomo; ++x)
{
this->populacao[i][x] = this->popCrossover[i][x];
}
}
}
}
/*
calcula a quantidade de colisões do cromossomo
na população[posicao]
*/
int Genetico::fitness(int posicao){
int numColisoes;
numColisoes = 0;
int distancia;
for (int referencia = 0; referencia < this->tamCromossomo; ++referencia)
{
//checar linha
for (int j = 0; j < this->tamCromossomo; ++j)
{
if(referencia != j)
{
//mesma linha
if(this->populacao[posicao][referencia] == this->populacao[posicao][j]){
numColisoes++;
}
//mesma diagonal
distancia = abs(referencia-j);//distancia em colunas
//se a linha de referência for igual a linha j+distância em colunas,
//quer dizer que está na mesma diagonal
if(this->populacao[posicao][referencia] == this->populacao[posicao][j]+distancia
|| this->populacao[posicao][referencia] == this->populacao[posicao][j]-distancia){
numColisoes++;
}
}
}
}
return numColisoes;
}
/*
calcula a aptidão de cada cromossomo da população
*/
void Genetico::avaliar(){
for (int i = 0; i < this->tamPop; ++i)
{
this->aptidao[i] = this->fitness(i);
}
}
/*
selecão natural através do torneio
escolher aleatoriamente 2 elementos, e entre
eles escolher o com a melhor aptidão
*/
void Genetico::selecaoNatural(){
int elemento1, elemento2, escolhido;
for (int i = 0; i < this->tamPop; ++i)
{
elemento1 = int(rand()%this->tamPop);//de 0 a tamPop-1
elemento2 = int(rand()%this->tamPop);
while(elemento1 == elemento2){
elemento1 = int(rand()%this->tamPop);
elemento2 = int(rand()%this->tamPop);
}
//queremos o com a menor aptidão, ou seja, menor número de colisões
escolhido = this->aptidao[elemento1] < this->aptidao[elemento2] ? elemento1 : elemento2;
//adicionar o cromossomo escolhido aos selecionados
this->selecionados[i] = this->populacao[escolhido];
}
}
//retorna a posicao do cromossomo com a menor aptidao
int Genetico::min(){
int posicao = 0;
for (int i = 1; i < this->tamPop; ++i)
{
posicao = (this->aptidao[posicao] < this->aptidao[i]) ? posicao : i;
}
return posicao;
}
#endif /* GENETICO_H */