原创：TSP问题解决方案-----禁忌搜索算法C实现
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了原创：TSP问题解决方案-----禁忌搜索算法C实现相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
本文着重于算法的实现，对于理论部分可自行查看有关资料可以简略参考该博文:http://blog.csdn.net/u013007900/article/details/50379135
本文代码部分基于C实现，源码如下：
1 /***************************************************************************** 2 ** Copyright: NEW NEU laboratory 3 ** File name: CTSP 4 ** Description:禁忌搜索算法解决TSP问题 5 ** Author: 1702-GCJ 6 ** Version: 1.1 7 ** Date: 2017/10/3 8 ** History: 无 9 ** Modification: IsFindTabu(Queue * Q,const Tabu *item) 10 *****************************************************************************/ 11 12 #include"stdio.h" 13 #include"stdlib.h" 14 #include"string.h" 15 #include "time.h" 16 17 #define CityNum 31 //城市的数量 18 #define TabuLength 21 //禁忌表长度(根号下的 种类) 19 #define Neighbor 400 //邻居个数 20 #define MaxNG 400 //迭代次数 21 22 int currentNG = 0; //当前迭代次数 23 int DesireLevel = 0; //渴望水平 (即最短距离) 24 25 typedef int ElementType; 26 ElementType **Distance; //存储各个城市之间的距离矩阵的指针 数据都是取整的 27 28 /***************************************************************************************读取数据区******************************************/ 29 30 /************************************************* 31 **Function: MemBlockCity 32 **Description: 申请存储城市距离空间 33 **Calls: 无 34 **Called By: ReadDataTxt() 35 **Input: 无 36 **Output: 无 37 **Return: 指向存储城市距离空间的指针 38 **Others: 用完需要释放掉相应内存 39 *************************************************/ 40 ElementType ** MemBlockCity(); 41 42 /************************************************* 43 **Function: PrintCityDistance 44 **Description: 显示Distance信息 45 **Calls: 无 46 **Called By: main() 47 **Input: Distance 全局变量的指针 48 **Output: 无 49 **Return: void 50 **Others: 无 51 *************************************************/ 52 void PrintCityDistance( ElementType ** distance); 53 54 /************************************************* 55 **Function: ReadDataTxt 56 **Description: 从txt文档中读取数据 57 **Calls: MemBlockCity() 58 **Called By: main 59 **Input: 无 60 **Output: 无 61 **Return: void 62 **Others: 里面直接用的全局变量 指针Distance 63 *************************************************/ 64 void ReadDataTxt(); 65 66 /************************************************* 67 **Function: WriteDataTxt 68 **Description: 将Distance全局数组数据写到txt文档中去 69 **Calls: 无 70 **Called By: main() 71 **Input: 无 72 **Output: 无 73 **Return: void 74 **Others: 里面用到了宏值CityNum值 75 *************************************************/ 76 void WriteDataTxt(); 77 /**********************************************************************************禁忌表操作区*******************************************/ 78 typedef struct _Tabu{ 79 int smallNum; 80 int bigNum; //存储数量大的元素 81 }Tabu; //禁忌表结构 82 83 typedef struct _Queue{ 84 Tabu *tabuList;//队列空间指针 85 int rear; //指向尾部 86 int front; //指向队列的头部 87 int maxSize; //记录队列的最大个数 88 int count; //记录资源个数 判断队列空满 89 int tabuIndex; //在禁忌表中找到禁忌元素时 存储该值在禁忌表中的位置 90 }Queue;//循环队列的形式 91 92 /************************************************* 93 **Function: CreateQueue 94 **Description: malloc一个禁忌表队列并初始化 95 **Calls: 无 96 **Called By: main() 97 **Input: tabuLength 禁忌表数据长度 98 **Output: 无 99 **Return: Queue * 队列变量 100 **Others: 里面用到了宏值CityNum值 ，用完需要释放掉相应内存 101 *************************************************/ 102 Queue * CreateQueue(int tabuLength); 103 104 /************************************************* 105 **Function: UpdateTabu 106 **Description: 更新禁忌表 107 **Calls: IsFindTabu() 108 **Called By: TSP() 109 **Input: Q 禁忌表队列 item 加入禁忌表的Tabu结构的变量 110 **Output: 无 111 **Return: void 112 **Others: 113 *************************************************/ 114 void UpdateTabu(Queue *Q,Tabu *item); 115 116 /************************************************* 117 **Function: IsFindTabu 118 **Description: 禁忌表中是否找到这个元素 119 **Calls: 无 120 **Called By: UpdateTabu() TSP() 121 **Input: Q 禁忌表队列 item 判断其是否在禁忌表中的Tabu结构的变量的指针 122 **Output: 无 123 **Return: 0 没有找到这个元素 1 找到这个元素了 124 **Others: 125 *************************************************/ 126 static int IsFindTabu(Queue * Q,const Tabu *item); 127 128 /****************************************************************************2Opt邻域+TSp核心算法*********************************************/ 129 //定义解的存储类型 向量形式 130 typedef struct _Solve{ 131 ElementType *initSolution; //初始解 132 ElementType *currentSolution; //当前解 133 ElementType * optimalSolution; //最优解 134 ElementType *tempSolution; //临时解 135 ElementType lastdistance; //上次记录的总距离 136 ElementType initdistance; //定义初始距离 137 }StrSolve; 138 typedef struct _MotionTable{ 139 Tabu tabu; //存储改变的元素 140 ElementType changedistance; //改变的距离 141 }MotionTable;//记录2opt邻域移动信息 142 143 StrSolve * SolutionSpace ; //解空间（包含当前解和初始解）指针 144 MotionTable *motionTable; //移动元素信息 （一个表格） 145 146 /************************************************* 147 **Function: CreateMotionStruct 148 **Description: 创建并初始化2-Opt 移动信息表格 149 **Calls: 无 150 **Called By: Init2Opt() 151 **Input: neighbor 邻居数量 152 **Output: 无 153 **Return: MotionTable *指针变量 154 **Others: 不用这块内存的时候要释放掉 ！ 155 *************************************************/ 156 MotionTable* CreateMotionStruct(int neighbor); 157 158 /************************************************* 159 **Function: CreateSolutionSpace 160 **Description: 创建并初始化解空间 161 **Calls: 无 162 **Called By: Init2Opt() 163 **Input: cityNum 城市数量 164 **Output: 无 165 **Return: StrSolve *指针变量 166 **Others: 不用这块内存的时候要逐一释放掉 ！ 167 *************************************************/ 168 StrSolve *CreateSolutionSpace(int cityNum); 169 170 /************************************************* 171 **Function: GetInitSolution 172 **Description: 获得初始解 173 **Calls: 无 174 **Called By: Init2Opt() 175 **Input: StrSolve * 指针变量 176 **Output: 无 177 **Return: StrSolve *指针变量 178 **Others: 这里在初始化解的时候可以用其他元启发式算法得出一个较好的解 ！ 179 *************************************************/ 180 void GetInitSolution(StrSolve * strSolve); 181 182 /************************************************* 183 **Function: Init2Opt 184 **Description: 初始化TSP需要用的值 185 **Calls: CreateMotionStruct() CreateSolutionSpace() GetInitSolution() 186 **Called By: main 187 **Input: 无 188 **Output: 无 189 **Return: void 190 **Others: 这里在初始化解的时候可以用其他元启发式算法得出一个较好的解 ！ 不知道为什么只能在Main函数中调用否则 会出现段错误 191 *************************************************/ 192 void Init2Opt(); 193 194 /************************************************* 195 **Function: FindPosition 196 **Description: 在数组中找到指定元素值的位置 197 **Calls: 198 **Called By: Get2OptChangeDistance() TSP() 199 **Input: solution 一维数组指针 tabu Tabu结构指针 200 **Output: 无 201 **Return: void 202 **Others: 这里是从solution[1]开始查找到的！ 203 *************************************************/ 204 static void FindPosition(const ElementType * solution,Tabu *tabu); 205 206 /************************************************* 207 **Function: FindPosition 208 **Description: 获得2邻域变化值 209 **Calls: FindPosition() 210 **Called By: Get2optSolution() 211 **Input: tabu Tabu结构指针 solution 一维数组指针 212 **Output: 无 213 **Return: ElementType 2邻域城市变化值 214 **Others: 返回的值越小越好 ！ 215 *************************************************/ 216 static ElementType Get2OptChangeDistance(Tabu * tabu,const ElementType * solution); 217 218 /************************************************* 219 **Function: Get2optSolution 220 **Description: 得到1个2邻域解 将移动元素，及其导致路径的变化值 存储到移动表中 221 **Calls: Get2OptChangeDistance() 222 **Called By: TSP() 223 **Input: strSolve 解空间指针 motiontable 移动表指针 224 **Output: 无 225 **Return: void 226 **Others: 随机数要注意！ 227 *************************************************/ 228 void Get2optSolution(const StrSolve * strSolve,MotionTable *motiontable ); 229 230 /************************************************* 231 **Function: Insert_Sort 232 **Description: 按从小到大排序 插入排序 将制定的类数组变量 的内容进行排序 233 **Calls: 无 234 **Called By: FindBestMotionValue() 235 **Input: motiontable 移动表指针 n为类数组 元素个数 236 **Output: 无 237 **Return: void 238 **Others: 239 *************************************************/ 240 void Insert_Sort (MotionTable * motiontable,int n); 241 242 /************************************************* 243 **Function: FindBestMotionValue 244 **Description: 找到移动表中最小的值 即为最优值 245 **Calls: Insert_Sort() 246 **Called By: TSP() 247 **Input: motiontable 移动表指针 248 **Output: 无 249 **Return: MotionTable *型的指针 存储移动表中最好值的表格指针 250 **Others: 251 *************************************************/ 252 MotionTable * FindBestMotionValue( MotionTable * motiontable); 253 254 /************************************************* 255 **Function: GetInitLevel 256 **Description: 获取初始解的渴望水平 257 **Calls: 258 **Called By: TSP() 259 **Input: distance 存储城市的矩阵指针 initSolution 初始解指针 260 **Output: 无 261 **Return: 初始解的渴望水平 262 **Others: 263 *************************************************/ 264 int GetInitLevel( ElementType **distance,ElementType * initSolution); 265 266 /************************************************* 267 **Function: TSP 268 **Description: TSP核心算法 269 **Calls: GetInitLevel() 270 **Called By: TSP() Get2optSolution() FindBestMotionValue() UpdateTabu() FindPosition() memcpy() 271 **Input: distance 存储城市的矩阵指针 solutionSpace 解空间指针 motiontable 移动表 desireLevel 渴望水平 queue 禁忌表队列指针 272 **Output: 最优解信息 273 **Return: void 274 **Others: 275 *************************************************/ 276 void TSP( ElementType **distance, StrSolve * solutionSpace ,MotionTable *motiontable,int *desireLevel,Queue *queue); 277 278 /************************************************* 279 **Function: MemFree 280 **Description: 释放申请的动态内存 281 **Calls: free() 282 **Called By: main() 283 **Input: distance 存储城市距离的变量指针 queue 禁忌表队列 motiontable 移动表的指针 strSolve 解空间的指针 284 **Output: 无 285 **Return: void 286 **Others: 这里也可以一步一步的释放掉 各自的指针 因为就用一个.c所以释放内存的操作都在这里进行 287 *************************************************/ 288 void MemFree(ElementType ** distance,Queue *queue,MotionTable *motiontable,StrSolve *strSolve); 289 290 291 /*******************************************************************************MAIN函数*************************************/ 292 int main(int argc,char *argv[]) 293 { 294 // Tabu item; 295 clock_t start, finish; 296 double duration; 297 Queue * queue = CreateQueue(TabuLength); //创建一个禁忌表队列 本身就初始化好了 298 Init2Opt();//初始化相关 299 // 设置随机数种子 为以后使用rand()做准备 300 srand((unsigned int)time(0)); 301 302 start = clock(); 303 ReadDataTxt(Distance);//必须放在前面 读取数据后 才能操作 304 // PrintCityDistance(Distance); //显示二维数组的数据 只显示5X5 305 // WriteDataTxt(Distance);//将distance 数据写入txt 306 TSP( Distance,SolutionSpace ,motionTable,&DesireLevel,queue); 307 308 //// //将得到的最优解 从新用TSP算法算 309 // memcpy( SolutionSpace->initSolution,SolutionSpace->optimalSolution,sizeof(ElementType)*CityNum ); //将临时解空间值复制到当前解空间 310 // printf("\n新初始解的渴望水平:%d \n",GetInitLevel(Distance,SolutionSpace->optimalSolution)); 311 // TSP( Distance,SolutionSpace ,motionTable,&DesireLevel,queue); 312 // 313 finish = clock(); 314 duration = (double)(finish - start) / CLOCKS_PER_SEC; 315 printf("\n TSP算法运行时间:%.4f秒 \n",duration); 316 MemFree(Distance, queue,motionTable,SolutionSpace); 317 return 0; 318 } 319 320 321 /************************************************************************读取数据区***********************************************/ 322 323 /************************************************* 324 **Function: MemBlockCity 325 **Description: 申请存储城市距离空间 326 **Calls: 无 327 **Called By: ReadDataTxt() 在txt文档中读取数据 328 **Input: 无 329 **Output: 无 330 **Return: 指向存储城市距离空间的指针 331 **Others: 无 332 *************************************************/ 333 ElementType ** MemBlockCity() 334 { 335 ElementType ** Distance; 336 int i=0; 337 338 //动态申请一块内存存储城市之间的数据 339 Distance = (ElementType **)malloc(sizeof(ElementType *)*CityNum); 340 for(i = 0;i< CityNum ; i++){ 341 Distance[i] = (ElementType *)malloc(sizeof (ElementType )* CityNum); 342 } 343 return Distance; 344 } 345 346 /************************************************* 347 **Function: PrintCityDistance 348 **Description: 显示Distance信息 这里仅仅显示了CityNum-25个元素 因为屏幕显示不开 349 **Calls: 无 350 **Called By: main() 351 **Input: Distance 全局变量的指针 352 **Output: 无 353 **Return: void 354 **Others: 无 355 *************************************************/ 356 void PrintCityDistance( ElementType ** distance) 357 { 358 int i,j; 359 for(i = 0; i< CityNum-25;i++){ 360 for(j = 0;j<CityNum-25;j++) 361 printf("%d ",distance[i][j]); 362 printf("\n"); 363 } 364 } 365 366 /************************************************* 367 **Function: ReadDataTxt 368 **Description: 从txt文档中读取数据 369 **Calls: MemBlockCity() 370 **Called By: main() 371 **Input: 无 372 **Output: 无 373 **Return: void 374 **Others: 里面直接用的全局变量 指针Distance 375 *************************************************/ 376 void ReadDataTxt() 377 { 378 // FILE *fpRead=fopen("F:\\GCJ\\Desktop\\智能优化方法作业\\data.txt","r"); 379 FILE *fpRead=fopen("data.txt","r"); //从data.txt中读取数据 380 int i,j; 381 if(fpRead==NULL){ 382 printf("open file data.txt failed!\n"); 383 exit(1); 384 } 385 Distance = MemBlockCity(); //申请一块存储城市数量空间 386 for(i=0;i<CityNum;i++){ 387 Distance[i][i] = 0; 388 for(j=i+1 ;j < CityNum;j++ ){ 389 fscanf(fpRead,"%d",&Distance[i][j]);//自动读取数据 只要自己能够控制好存储位置即可 390 Distance[j][i] = Distance[i][j]; 391 } 392 } 393 fclose(fpRead); 394 } 395 396 /************************************************* 397 **Function: WriteDataTxt 398 **Description: 将Distance全局数组数据写到txt文档中去 399 **Calls: 无 400 **Called By: main() 401 **Input: 无 402 **Output: 无 403 **Return: void 404 **Others: 里面用到了宏值CityNum值 405 *************************************************/ 406 void WriteDataTxt(ElementType **distance) 407 { 408 FILE *fpWrite; 409 int i,j; 410 fpWrite=fopen("F:\\GCJ\\Desktop\\智能优化方法作业\\data.txt","w"); //从data.txt中写数据 411 for(i = 0;i< CityNum;i++){ 412 for(j=0;j<CityNum;j++) 413 fprintf(fpWrite,"%d ",distance[i][j]);//这里%d后面必须要有空格 否则 直接输出连续的数字 414 fprintf(fpWrite,"\n"); 415 } 416 fclose(fpWrite); 417 } 418 419 /**************************************************************禁忌表操作区*****************************************************/ 420 421 /************************************************* 422 **Function: CreateQueue 423 **Description: malloc一个禁忌表队列并初始化 424 **Calls: 无 425 **Called By: main() 426 **Input: tabuLength 禁忌表数据长度 427 **Output: 无 428 **Return: Queue * 队列变量 429 **Others: 里面用到了宏值CityNum值 430 *************************************************/ 431 Queue * CreateQueue(int tabuLength) 432 { 433 Queue * queue = (Queue *)malloc(sizeof(struct _Queue));//申请一块队列变量 434 //queue->tabuList =(ElementType *)malloc(sizeof(ElementType)*MaxSize);//申请一块数组空间 435 queue->tabuList =(Tabu *)malloc(sizeof(Tabu)*tabuLength);//21的长度 436 queue->front = 0; 437 queue->rear = 0;//头尾 都为0 438 queue->maxSize = tabuLength; 439 queue->count =0; 440 queue->tabuList[0].smallNum = 0; 441 queue->tabuList[0].bigNum = 0; 442 return queue; 443 } 444 445 /************************************************* 446 **Function: IsFindTabu 447 **Description: 禁忌表中是否找到这个元素 448 **Calls: 无 449 **Called By: UpdateTabu() TSP() 450 **Input: Q 禁忌表队列 item 判断其是否在禁忌表中的Tabu结构的变量的指针 451 **Output: 无 452 **Return: 0 没有找到这个元素 1 找到这个元素了 453 **Others: 454 *************************************************/ 455 static int IsFindTabu(Queue * Q,const Tabu *item) 456 { 457 Tabu tabu; 458 int i; 459 int IsFindFlag = 0 ; 460 461 //将要禁忌的值按顺序放在中间变量中 方便加入到禁忌表中 462 if( (*item).bigNum >= (*item).smallNum ){ 463 tabu.bigNum = (*item).bigNum; 464 tabu.smallNum = (*item).smallNum; 465 } 466 else{ 467 tabu.bigNum = (*item).smallNum; 468 tabu.smallNum = (*item).bigNum; 469 } 470 471 //查找禁忌表中是否有这个禁忌元素 没有的话 插入元素在头部 否则把这个元素加上惩罚政策加入到禁忌表的头部 其他依次降序 472 for(i = Q->front; (i%TabuLength)!= Q->rear; ){//这个查找函数有问题了 因为循环队列的话 队列慢点话 rear = front 如何解决？ 473 if( (tabu.smallNum == Q->tabuList[i].smallNum ) && ( tabu.bigNum == Q->tabuList[i].bigNum ) ){ 474 //说明在禁忌表中找到这个元素了 那么就惩罚这个 放在最前面 475 //把第一个元素放入 这个值 剩下的依次 递减排列 476 // printf("在禁忌表中找到了%d %d\n",tabu.bigNum,tabu.smallNum); 477 478 //新加 记录位置 479 Q->tabuIndex = i; 480 481 IsFindFlag = 1; 482 return IsFindFlag ; //表示不管了 483 } 484 if(++i >= TabuLength)//仅仅让i 在 0 - Tabulength范围内遍历 485 i = 0; 486 } 487 if( Q->count >= TabuLength ){//说明禁忌表满 那么rear值就需要访问了 否则不需要访问 488 if( i%TabuLength == Q->rear )//因为循环队列寻找的时候 最后一个元素 无法通过for循环遍历到 489 if( (tabu.smallNum == Q->tabuList[i].smallNum ) && ( tabu.bigNum == Q->tabuList[i].bigNum ) ){ 490 // printf("找到了最新的了%d %d\n",tabu.smallNum,tabu.bigNum); 491 492 //新加 记录位置 493 Q->tabuIndex = Q->rear; 494 495 IsFindFlag = 1; 496 return IsFindFlag ; //表示不管了 497 } 498 } 499 500 return IsFindFlag;//之前这里就忘了加了 注意这点 ！！ 501 } 502 503 /************************************************* 504 **Function: UpdateTabu 505 **Description: 更新禁忌表 506 **Calls: IsFindTabu() 507 **Called By: TSP() 508 **Input: Q 禁忌表队列 item 加入禁忌表的Tabu结构的变量的指针 509 **Output: 无 510 **Return: void 511 **Others: 512 *************************************************/ 513 void UpdateTabu(Queue *Q,Tabu *item) 514 { 515 Tabu tabu; 516 Tabu temptabu; 517 int i; 518 519 //将要禁忌的值按顺序放在中间变量中 方便加入到禁忌表中 520 if( (*item).bigNum >= (*item).smallNum ){ 521 tabu.bigNum = (*item).bigNum; 522 tabu.smallNum = (*item).smallNum; 523 } 524 else{ 525 tabu.bigNum = (*item).smallNum; 526 tabu.smallNum = (*item).bigNum; 527 } 528 529 if( !IsFindTabu(Q,item) ){ 530 //如果没有找到 那么直接在队列插入这个元素 531 if( Q->count < TabuLength ){ //说明队列不满 那就直接插入元素 532 Q->count++ ;//最后满的时候为21个元素 533 Q->tabuList[Q->rear++] = tabu;//在后面插入 然后从前面取出元素 534 if( Q->rear >= TabuLength)//到了尾部的话 就直接从前面开始存储 尾部先存储后+1 535 --Q->rear ;//说明禁忌表满了的时候 让rear指向最后一个元素即可 536 } 537 else{//满了的话 就直接头部删除 尾部加入 //不是真正的删除 仅仅是释放掉这块存储空间 538 if( ++Q->front >= TabuLength ) 539 Q->front =0; 540 if( ++Q->rear >= TabuLength)//到了尾部的话 就直接从前面开始存储 尾部先存储后+1 541 Q->rear = 0; 542 Q->tabuList[Q->rear] = tabu; 543 } 544 } 545 else{//在禁忌表中找到这个元素的时候 需要进行惩罚 将这个值放在头部，而该值前面的数依次向后排 546 int j,k; 547 j = Q->tabuIndex ; //禁忌表中找到的该值的索引 548 k = Q->front; //禁忌表头部索引 549 550 if( Q->tabuIndex >= Q->front ){ 551 552 //说明禁忌表没有满 或者 禁忌表满了 但是移动仅仅在Q->front 到这个索引即可 553 for( --j ;j >= k ; --j){ 554 Q->tabuList[j+1] = Q->tabuList[j]; 555 }/*for end*/ 556 557 } 558 else{ 559 //禁忌表满了且 Q->front 值大于 Q->tabuIndex 560 for( ;j == Q->front; --j ){ 561 if( j >= 1) 562 Q->tabuList[j] =Q->tabuList[j-1]; 563 else{ //j == 0 564 j = TabuLength ; 565 Q->tabuList[0] = Q->tabuList[j-1]; 566 } 567 }/*for ...end */ 568 } 569 //惩罚策略 570 Q->tabuList[Q->front] = tabu; 571 572 }/*if find .. else ..end*/ 573 574 } 575 576 /******************************************************************************************2Opt邻域+TSp核心算法***********************************/ 577 578 /************************************************* 579 **Function: CreateMotionStruct 580 **Description: 创建并初始化2-Opt 移动信息表格 581 **Calls: 无 582 **Called By: Init2Opt() 583 **Input: neighbor 邻居数量 584 **Output: 无 585 **Return: MotionTable *指针变量 586 **Others: 不用这块内存的时候要释放掉 ！ 587 *************************************************/ 588 MotionTable* CreateMotionStruct(int neighbor) 589 { 590 int i; 591 MotionTable * motiontable = (MotionTable *)malloc(sizeof(MotionTable)*neighbor ); 592 for(i = 0;i< neighbor;i++){ 593 motiontable->tabu.smallNum =0; 594 motiontable->tabu.bigNum = 0; 595 motiontable->changedistance = 0; 596 } 597 return motiontable; 598 } 599 600 /************************************************* 601 **Function: CreateSolutionSpace 602 **Description: 创建并初始化解空间 603 **Calls: 无 604 **Called By: Init2Opt() 605 **Input: cityNum 城市数量 606 **Output: 无 607 **Return: StrSolve *指针变量 608 **Others: 不用这块内存的时候要逐一释放掉 ！ 609 *************************************************/ 610 StrSolve *CreateSolutionSpace(int cityNum) 611 { 612 int i; 613 StrSolve *strSolve = (StrSolve *)malloc( sizeof(StrSolve) ) ; 614 strSolve->initSolution = ( ElementType *)malloc(sizeof(ElementType)*cityNum ); 615 strSolve->currentSolution = ( ElementType *)malloc(sizeof(ElementType)*cityNum ); 616 strSolve->optimalSolution = ( ElementType *)malloc(sizeof(ElementType)*cityNum ); 617 strSolve->tempSolution = ( ElementType *)malloc(sizeof(ElementType)*cityNum ); 618 619 //初始化解空间 620 for(i = 0;i< cityNum;i++){ 621 strSolve->initSolution[i] = (ElementType)0; 622 strSolve->currentSolution[i] = (ElementType)0; 623 strSolve->optimalSolution[i] = (ElementType)0; 624 strSolve->tempSolution[i] = (ElementType)0; 625 } 626 strSolve->lastdistance = 0;//记录上次迭代获得最好的距离值 627 return strSolve; 628 } 629 630 /************************************************* 631 **Function: GetInitSolution 632 **Description: 获得初始解 633 **Calls: 无 634 **Called By: Init2Opt() 635 **Input: StrSolve * 指针变量 636 **Output: 无 637 **Return: StrSolve *指针变量 638 **Others: 这里在初始化解的时候可以用其他元启发式算法得出一个较好的解 ！ 639 @brief :思路 可以用一个记录初始解的类数组(申请的内存 大小为初始解的元素个数),之后循环 CityNum-1次，不断的产生1-CityNum-1的随机数 640 没产生一个就记录这个值 之后再次产生与上次不同的随机数 ，依次这样循环即可 不过速度上会很慢 641 *************************************************/ 642 void GetInitSolution(StrSolve * strSolve) 643 { 644 int i; 645 646 //默认从0号城市顺序开始 这里的0是固定不动的 647 for( i = 0;i<CityNum;i++){ 648 strSolve->initSolution[i] = i; 649 strSolve->currentSolution[i] = i; 650 strSolve->optimalSolution[i] = i; 651 strSolve->tempSolution[i] = i; 652 } 653 654 } 655 656 /************************************************* 657 **Function: Init2Opt 658 **Description: 初始化TSP需要用的值 659 **Calls: CreateMotionStruct() CreateSolutionSpace() GetInitSolution() 660 **Called By: main() 661 **Input: 无 662 **Output: 无 663 **Return: void 664 **Others: 这里在初始化解的时候可以用其他元启发式算法得出一个较好的解 ！ 不知道为什么只能在Main函数中调用否则 会出现段错误 665 *************************************************/ 666 void Init2Opt() 667 { 668 motionTable = CreateMotionStruct(Neighbor);//初始化变化表 记录变化邻居值 669 SolutionSpace = CreateSolutionSpace(CityNum);//创建解空间 670 GetInitSolution(SolutionSpace);//初始化解 671 } 672 673 /************************************************* 674 **Function: MemFree 675 **Description: 释放申请的动态内存 676 **Calls: 677 **Called By: main() 678 **Input: distance 存储城市距离的变量指针 queue 禁忌表队列 motiontable 移动表的指针 strSolve 解空间的指针 679 **Output: 无 680 **Return: void 681 **Others: 这里也可以一步一步的释放掉 各自的指针 因为就用一个.c所以释放内存的操作都在这里进行 682 *************************************************/ 683 void MemFree(ElementType ** distance,Queue *queue,MotionTable *motiontable,StrSolve *strSolve) 684 { 685 int i=0; 686 int j = 0; 687 688 //释放矩阵元素存储区 689 for(i = 0;i < CityNum; i++){ 690 free( distance[i] ); 691 } 692 free(distance); 693 694 //释放移动表 695 free(motiontable); 696 697 //释放掉队列区 698 free(queue->tabuList); 699 free(queue); 700 701 //释放解空间 702 free(strSolve->initSolution); 703 free(strSolve->currentSolution); 704 free(strSolve->optimalSolution); 705 free(strSolve->tempSolution); 706 free(strSolve); 707 708 } 709 710 /************************************************* 711 **Function: FindPosition 712 **Description: 在数组中找到指定元素值的位置 713 **Calls: 714 **Called By: Get2OptChangeDistance() TSP() 715 **Input: solution 一维数组指针 tabu Tabu结构指针 716 **Output: 无 717 **Return: void 718 **Others: 这里是从solution[1]开始查找到的！ 719 *************************************************/ 720 static void FindPosition(const ElementType * solution,Tabu *tabu) 721 { 722 int i; 723 Tabu tempTabu; 724 for(i = 1; i< CityNum;i++){ 725 if( solution[i] == tabu->smallNum ) 726 tempTabu.smallNum = i; 727 if( solution[i] == tabu->bigNum ) 728 tempTabu.bigNum = i; 729 } 730 *tabu = tempTabu;//不能直接返回&tempTabu 因为这个是一个局部的变量 会有悬挂指针的后果 731 } 732 733 /************************************************* 734 **Function: FindPosition 735 **Description: 获得2邻域变化值 736 **Calls: FindPosition() 737 **Called By: Get2optSolution() 738 **Input: tabu Tabu结构指针 solution 一维数组指针 739 **Output: 无 740 **Return: ElementType 2邻域城市变化值 741 **Others: 返回的值越小越好 ！ 742 *************************************************/ 743 static ElementType Get2OptChangeDistance(Tabu * tabu,const ElementType * solution) 744 { 745 ElementType change1,change2; 746 Tabu tempTabu1 = *tabu; 747 Tabu tempTabu; 748 change1 = change2 = 0; 749 FindPosition(solution,&tempTabu1); //此时这里的tempTabu1存储的就是指定元素在 解空间中的位置 750 tempTabu.bigNum = ( tempTabu1.bigNum >tempTabu1.smallNum )? tempTabu1.bigNum: tempTabu1.smallNum; 751 tempTabu.smallNum = ( tempTabu1.bigNum >tempTabu1.smallNum )? tempTabu1.smallNum: tempTabu1.bigNum; 752 753 if( tempTabu.smallNum == tempTabu.bigNum-1){//两个元素在解空间中的 位置相差1 754 if( tempTabu.bigNum == CityNum-1 ){ //最大值位置 在最后一个位置 755 change1 = Distance[ solution[tempTabu.smallNum -1] ][ solution[tempTabu.smallNum] ]+756 Distance[ solution[tempTabu.bigNum] ][ solution[ 0] ]; 757 change2 = Distance[ solution[tempTabu.smallNum -1] ][ solution[tempTabu.bigNum] ] +758 Distance[ solution[tempTabu.smallNum] ][ solution[0] ]; 759 return (change2 - change1);//这个值越小越好 760 } 761 else{ 762 change1 = Distance[ solution[tempTabu.smallNum -1] ][ solution[tempTabu.smallNum] ] +763 Distance[ solution[tempTabu.bigNum] ][ solution[ tempTabu.bigNum +1] ]; 764 change2 = Distance[ solution[tempTabu.smallNum -1] ][ solution[tempTabu.bigNum] ] +765 Distance[ solution[tempTabu.smallNum] ][ solution[tempTabu.bigNum +1] ]; 766 767 return (change2 - change1); 768 } 769 } 770 else{//两个元素位置 不挨着 771 if( tempTabu.bigNum == CityNum-1 ){ //最大值位置 在最后一个位置 772 change1 = Distance[ solution[tempTabu.smallNum -1] ][ solution[tempTabu.smallNum] ] +773 Distance[ solution[tempTabu.smallNum] ][ solution[tempTabu.smallNum +1] ] +774 Distance[ solution[tempTabu.bigNum-1] ][ solution[ tempTabu.bigNum ] ] +775 Distance[ solution[tempTabu.bigNum] ][ solution[ 0] ]; 776 change2 = Distance[ solution[tempTabu.smallNum -1] ][ solution[tempTabu.bigNum] ] +777 Distance[ solution[tempTabu.bigNum] ][ solution[tempTabu.smallNum+1] ] +778 Distance[ solution[tempTabu.bigNum-1] ][ solution[ tempTabu.smallNum ] ]+779 Distance[ solution[tempTabu.smallNum] ][ solution[0] ]; 780 return (change2 - change1);//这个值越小越好 781 } 782 else{ 783 784 change1 = Distance[ solution[tempTabu.smallNum -1] ][ solution[tempTabu.smallNum] ] +785 Distance[ solution[tempTabu.smallNum] ][ solution[tempTabu.smallNum +1] ] +786 Distance[ solution[tempTabu.bigNum-1] ][ solution[ tempTabu.bigNum ] ] +787 Distance[ solution[tempTabu.bigNum] ][ solution[ tempTabu.bigNum +1] ]; 788 change2 = Distance[ solution[tempTabu.smallNum -1] ][ solution[tempTabu.bigNum] ] +789 Distance[ solution[tempTabu.bigNum] ][ solution[tempTabu.smallNum+1] ] +790 Distance[ solution[tempTabu.bigNum-1] ][ solution[ tempTabu.smallNum ] ]+791 Distance[ solution[tempTabu.smallNum] ][ solution[tempTabu.bigNum +1] ]; 792 return (change2 - change1); 793 } 794 } 795 796 } 797 798 /************************************************* 799 **Function: Get2optSolution 800 **Description: 得到1个2邻域解 将移动元素，及其导致路径的变化值 存储到移动表中 801 **Calls: Get2OptChangeDistance() 802 **Called By: TSP() 803 **Input: strSolve 解空间指针 motiontable 移动表指针 804 **Output: 无 805 **Return: void 806 **Others: 随机数要注意！ 807 *************************************************/ 808 void Get2optSolution(const StrSolve * strSolve,MotionTable *motiontable ) 809 { 810 //产生一个1-CityNum-1之间的随机数 因为默认0为初始位置 不能动 811 ElementType temp; 812 ElementType changeDistance; 813 int rand1,rand2; 814 815 // rand1 = (CityNum-1) *rand()/(RAND_MAX + 1.0); 816 rand1 = rand()%(CityNum-1)+1; 817 rand2 = rand()%(CityNum-1)+1; 818 while( rand2 == rand1 )//必须产生两个不同的随机数 切不能为0 819 rand2 = rand()%(CityNum-1) +1; 820 821 //记录交换的两个元素 （不是位置） 822 motiontable->tabu.smallNum = (rand2 >rand1)? rand1:rand2; 823 motiontable->tabu.bigNum = (rand2 >rand1)? rand2:rand1; 824 motiontable->changedistance = Get2OptChangeDistance( &motiontable->tabu ,strSolve->tempSolution ); 825 826 } 827 828 /************************************************* 829 **Function: Insert_Sort 830 **Description: 按从小到大排序 插入排序 将制定的类数组变量 的内容进行排序 831 **Calls: 无 832 **Called By: FindBestMotionValue() 833 **Input: motiontable 移动表指针 n为类数组 元素个数 834 **Output: 无 835 **Return: void 836 **Others: 837 *************************************************/ 838 void Insert_Sort (MotionTable * motiontable,int n) 839 { 840 //进行N-1轮插入过程 841 int i,k; 842 for(i=1; i<n; i++){ 843 //首先找到元素a[i]需要插入的位置 844 845 int j=0; 846 while( (motiontable[j].changedistance < motiontable[i].changedistance ) && (j <i ) ) 847 j++; 848 849 //将元素插入到正确的位置 850 if(i != j){ //如果i==j，说明a[i]刚好在正确的位置 851 MotionTable temp = motiontable[i]; 852 for(k = i; k > j; k--){ 853 motiontable[k] = motiontable[k-1]; 854 } 855 motiontable[j] = temp; 856 } 857 } 858 } 859 860 /************************************************* 861 **Function: FindBestMotionValue 862 **Description: 找到移动表中最小的值 即为最优值 863 **Calls: Insert_Sort() 864 **Called By: TSP() 865 **Input: motiontable 移动表指针 866 **Output: 无 867 **Return: MotionTable *型的指针 存储移动表中最好值的表格指针 868 **Others: 869 *************************************************/ 870 MotionTable * FindBestMotionValue( MotionTable * motiontable) 871 { 872 //下面是仅仅找到一个最好的值 不管在不在禁忌表中 873 // MotionTable *bestMotion= motiontable; 874 // MotionTable *start = motiontable; 875 // MotionTable *end = motiontable + Neighbor-1; 876 // while(start++ < end ){ 877 // if( start->changedistance < bestMotion->changedistance){ 878 // bestMotion = start;//保存最好的结构 879 // } 880 // } 881 // if( start->changedistance < bestMotion->changedistance ) 882 // bestMotion = start; 883 // return bestMotion;//f返回最好结构的指针 884 Insert_Sort(motiontable,Neighbor);//选择排序算法 从小到大排 885 886 return motiontable;//返回最好元素的地址 887 } 888 889 /************************************************* 890 **Function: GetInitLevel 891 **Description: 获取初始解的渴望水平 892 **Calls: 893 **Called By: TSP() 894 **Input: distance 存储城市的矩阵指针 initSolution 初始解指针 895 **Output: 无 896 **Return: 初始解的渴望水平 897 **Others: 898 *************************************************/ 899 int GetInitLevel( ElementType **distance,ElementType * initSolution) 900 { 901 int i; 902 int SumLevel = 0; 903 for(i = 0; i < CityNum-2 ; i++){ 904 SumLevel += distance[ initSolution[i] ][ initSolution[i+1] ]; 905 } 906 SumLevel+= distance[ initSolution[i] ][0];//最后在加上 最后一个值和初始值的 距离 才是循环的总距离距离 907 908 return SumLevel; 909 } 910 911 /************************************************* 912 **Function: TSP 913 **Description: TSP核心算法 914 **Calls: GetInitLevel() 915 **Called By: TSP() Get2optSolution() FindBestMotionValue() UpdateTabu() FindPosition() memcpy() 916 **Input: distance 存储城市的矩阵指针 solutionSpace 解空间指针 motiontable 移动表 desireLevel 渴望水平 queue 禁忌表队列指针 917 **Output: 最优解信息 918 **Return: void 919 **Others: 920 *************************************************/ 921 void TSP( ElementType **distance, StrSolve * solutionSpace ,MotionTable *motiontable,int *desireLevel,Queue *queue) 922 { 923 int i; 924 int temp; 925 int neighborNum = 0; 926 MotionTable * BestMotionStruct; 927 ElementType BestChangeDistance;//最好的改变的值 928 // Init2Opt();//初始化相关 929 *desireLevel = GetInitLevel(distance,solutionSpace->initSolution); 930 solutionSpace->lastdistance = *desireLevel;//初始最优值为上次移动的最好的距离 931 solutionSpace->initdistance = solutionSpace->lastdistance;//将初始值给初始距离 之后再判断 减少的距离 932 printf("初始距离:%d ",*desireLevel); 933 // printf("初始最好的距离是%d,solutionSpace->lastdistance = %d\n",*desireLevel,solutionSpace->lastdistance); 934 printf("城市数量:%d 迭代次数:%d 邻居个数:%d\n",CityNum,MaxNG,Neighbor); 935 //迭代 次数作为停止条件 936 while( currentNG++ < MaxNG ){ 937 //获得邻居最好解 938 for( neighborNum = 0; neighborNum < Neighbor; neighborNum++ ){//循环Neighbor那么多次 939 Get2optSolution(SolutionSpace,&motionTable[neighborNum] );//将邻域 移动放在移动表中 940 } 941 942 //找到移动表中最小的值 此时解若是 < 渴望水平 则更新最优解 否则找到不在禁忌表中的 最好的解 更新当前解 943 BestMotionStruct = FindBestMotionValue( motiontable); 944 BestChangeDistance = BestMotionStruct->changedistance; 945 946 if( solutionSpace->lastdistance + BestChangeDistance < *desireLevel){//当前迭代出的最好的解 小于渴望水平 更新最优解T表当前解 947 int temp; 948 //更新T表 949 UpdateTabu(queue,&BestMotionStruct->tabu); 950 //更新渴望水平 951 *desireLevel = solutionSpace->lastdistance +BestChangeDistance; 952 //更新上次迭代的最优值 953 solutionSpace->lastdistance = *desireLevel; 954 //更新当前解和最优解 955 FindPosition(solutionSpace->tempSolution,&BestMotionStruct->tabu);//找到当前解 对应的解空间的位置 956 temp = solutionSpace->tempSolution[ BestMotionStruct->tabu.smallNum ]; 957 solutionSpace->tempSolution[ BestMotionStruct->tabu.smallNum] = solutionSpace->tempSolution[ BestMotionStruct->tabu.bigNum ]; 958 solutionSpace->tempSolution[ BestMotionStruct->tabu.bigNum ] = temp; 959 memcpy( solutionSpace->currentSolution,solutionSpace->tempSolution,sizeof(ElementType)*CityNum ); //将临时解空间值复制到当前解空间 960 memcpy( solutionSpace->optimalSolution,solutionSpace->tempSolution,sizeof(ElementType)*CityNum ); 961 962 } 963 else{//没有小于渴望水平 找到不在禁忌表中最好的移动 964 //在移动表中找到不在禁忌表中最好元素 因为拍好序了 所以从表的第二个值开始找即可 965 int i; 966 for(i = 0;i< Neighbor; i++){ 967 if( !IsFindTabu(queue,&motiontable[i].tabu) ){ 968 int temp; 969 //不在禁忌表中 则这个值就是目前来说最好的值 970 BestMotionStruct = &motiontable[i]; 971 //更新T表 972 UpdateTabu(queue,&BestMotionStruct->tabu); 973 solutionSpace->lastdistance = solutionSpace->lastdistance + BestMotionStruct->changedistance; 974 //更新当前解 975 FindPosition(solutionSpace->tempSolution,&BestMotionStruct->tabu);//找到当前解 对应的解空间的位置 976 temp = solutionSpace->tempSolution[ BestMotionStruct->tabu.smallNum ]; 977 solutionSpace->tempSolution[ BestMotionStruct->tabu.smallNum] = solutionSpace->tempSolution[ BestMotionStruct->tabu.bigNum ]; 978 solutionSpace->tempSolution[ BestMotionStruct->tabu.bigNum ] = temp; 979 memcpy( solutionSpace->currentSolution,solutionSpace->tempSolution,sizeof(ElementType)*CityNum ); //将临时解空间值复制到当前解空间 980 981 break;//跳出循环 982 } 983 } 984 } 985 986 } 987 currentNG = 0;//将全局迭代次数变量值清零 988 printf("\n初始值:%d 最优解值:%d 优化距离:%d\n最优解元素:\n\n",989 solutionSpace->initdistance,990 GetInitLevel(distance,solutionSpace->optimalSolution),solutionSpace->initdistance - *desireLevel); 991 for(i = 0 ;i< CityNum;i++){ 992 printf("%d-> ",solutionSpace->optimalSolution[i]); 993 } 994 printf( "%d \n",solutionSpace->optimalSolution[0] ); 995 }
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