Question

我在尝试将遗传算子应用于二叉树时遇到了问题。

首先，我有一些方法可以为初始种群生成两种类型的树，即成长（可变大小的树）和完整（平衡相同的形状和大小树）

    FULL                        GROW
     (*)                         (*)  
  (+)   (-)                   (5)   (-)
(1)(2) (3)(4)                     (6) (7)

每棵树的类看起来像这样：

public class Tree<E>{

   E element;
   Tree<E> left, right;
   double rawFit;
   int hitRat;

   public Tree(E element)
   {
      this.element=element;
   }   

   public Tree (E element, Tree left, Tree right) 
   {
      this.element = element;
      this.left = left;
      this.right = right;
       }

        //MORE
        //CODE
}

现在，我正在理解如何实施遗传算子，即突变和交叉

从我的初始人群中随机选择一棵树，我该如何应用这些遗传算子呢？对于突变：

我需要在父树中随机选择一个点。
删除所选点下方的整个子树。
生成与已删除子树具有相似深度的新子树。
将其替换回原始父树和选定的点。

这是现在的后代。

图形描述：

                             PARENT
                              (*)            
randomly chosen point -->  (+)   (-)  
                         (1)(2) (3)(4)

       OFFSPRING         RANDOM SUBTREE
         (*)            
    (NULL)  (-)     +        (*) 
          (3) (4)          (5) (6)

     NEW OFFSPRING
          (*)            
      (*)    (-) 
    (5)(6) (3) (4)

我也需要为Crossover做类似的事情。

理论上似乎很容易，但我不知道如何编写这个（Java）。任何帮助将不胜感激。

编辑：我用于生成完整树的方法如下所示：

private static final String[] OPERATORS = {"+", "-", "/", "*"};
private static final int MAX_OPERAND = 100;
public static Tree full(int depth) {
        if (depth > 1) {
            String operator = OPERATORS[random.nextInt(OPERATORS.length)];
            return new Tree(operator, full(depth - 1), full(depth - 1));
        } else {
            return new Tree(random.nextInt(MAX_OPERAND) + 1);
        }
    }

Answer 1

我将尝试简要解释一些步骤。

随机选择父树

中的一个点

这样做的一种方法是在0和树中非叶元素的数量之间选择一个随机数，比如k。随机点将是k元素traversing the tree in order。

替换选定点下面的整个子树。

只需将子树设置为新生成的树。像这样：

public class Tree<E> {

    public void mutate() {
        Tree tree = this.getRandomSubtree();
        tree.replace(NEW_RANDOM_TREE);
    }

    public void replace(Tree<E> newTree) {
        if(this.isLeftChild()) this.getParent().setLeft(newTree);
        else                   this.getParent().setRight(newTree);
    }
    ...
}

getRandomSubtree()方法返回树中的随机点树的getParent()方法返回直接父节点。

请注意，您还必须检查返回的随机子树是根本身的一些情况。

Answer 2

随机选择一个点： Select a Node at Random from Unbalanced Binary Tree
不需要从所选节点中删除子树，只需获取所选子树的深度，并保持对它的引用。 http://www.geeksforgeeks.org/get-level-of-a-node-in-a-binary-tree/
使用“完整”方法生成一个新的随机子树，其中保存了旧子树的深度，并将此子树分配给旧子树的已保存引用，因此旧子树被垃圾收集器杀死。

二叉树上的遗传算子

2 个答案:

随机选择父树

替换选定点下面的整个子树。