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遗传算法模拟仿真

                              /* pat(0,1,2,3): 表示基本移动模式  */
x1=iatr[n][0];               /* 当前x坐标 */
y1=iatr[n][1];               /* 当前y坐标 */
if(pat<=1)                   /* 基本移动模式1  */
{
   rndnum=random(8);
   x2=x1+pat1[rndnum][0];     /* 移动目的点x坐标 */
   y2=y1+pat1[rndnum][1];     /* 移动目的点y坐标 */
   }
else                         /* 基本移动模式2与3  */
{
   rndnum=random(4);
   x2=x1+pat2_3[pat-2][rndnum][0];
   y2=y1+pat2_3[pat-2][rndnum][1];
   }
   if(x2>=0 && x2<wx && y2>=0 && y2<wy)
    if(get_world(x2,y2)==0)
      move_pos(n,x1,y1,x2,y2);
   /* 非法目的点的场合不作移动 */
}

void  move_individual(n)      /* 个体n移动 */
int n;
{
int cx,cy,dx,dy,sp,vf,sumx,sumy;
int i,j,a,sgn[3],num;
double  vect[8][2]={{1,0},{1,1},{0,1},{-1,1},
    {-1,0},{-1,-1},{0,-1},{1,-1}};
double vx,vy,d1,d2;
double _cos,cos_max;
cx=iatr[n][0];                /* 当前x坐标 */
cy=iatr[n][1];                /* 当前y坐标 */
sp=decode_gene(n,0,1)+1;      /* 生物种1和2 */
for(i=0;i<3;i++)              /* 移动特点CM */
{
sgn [ i]=decode_gene(n,9+i,1);
if(sgn [ i]==0)  sgn [ i]=-1;
}
sumx=0;sumy=0;num=0;
vf=decode_gene(n,5,2)+1;        /* 视野  */
  for(i=-vf;i<=vf;i++)
   for(j=-vf;j<=vf;j++)
   {
   if(i!=0||j!=0)
   {
     a=get_world(cx+j,cy+i);
     if(a==1||a==2)            /* 生物 1和2  */
     {   num++;
     if(a==sp)                 /* 同种生物 */
     {
     sumx=sumx+sgn[0]*j;
     sumy=sumy+sgn[0]*i;
     }
     else                      /* 异种生物 */
     {
     sumx=sumx+sgn[1]*j;
     sumy=sumy+sgn[1]*i;
     }
  } else
  if(a==3||a==5)               /*  食物  */
    {
    num++;
    sumx=sumx+sgn[2]*j;
    sumy=sumy+sgn[2]*i;
    }
   }
  }
if(num!=0)                     /* 视野内有其他生物和食物时 */
{
vx=(double)sumx/(double)num;
vy=(double)sumy/(double)num;
if(vx!=0||vy!=0)
{
      cos_max=-1.0;
      j=0;
      for(i=0;i<8;i++)
      {
d1=sqrt(vx*vx+vy*vy);
d2=sqrt(vect [ i][0]*vect [ i][0]+vect [ i][1]*vect [ i][1]);
_cos=(vx*vect [ i][0]+vy*vect [ i][1])/d1/d2;
if(_cos>cos_max)
{
  cos_max=_cos;j=i;
  }
      }
  dx=cx+(int)vect[j][0];
  dy=cy+(int)vect[j][1];
  if(dx>=0 && dx<wx && dy>=0 && dy<wy)
    if(world[dx][dy]==0)
      move_pos(n,cx,cy,dx,dy);
  }
  else  move_randomly(n);
}
else  move_randomly(n);
/* 视野内有其他生物和食物时 */
}

void  act1_attack(n)                /*  个体 n攻击行动范围内的其他生物个体 */
int n;
{
  int sft[8][2]={{1,0},{1,1},{0,1},{-1,1},
    {-1,0},{-1,-1},{0,-1},{1,-1}};
  int x1,y1,x2,y2,n2;
  int found,rndnum;
  double attack1,attack2,sa1,sa2,da1,da2,rnd1,rnd2,La1,La2;
  x1=iatr[n][0];y1=iatr[n][1];
  /* 获得攻击对象的坐标(x2,y2) */
  found=0;
  while(found==0)
  {
   rndnum=random(8);
   x2=x1+sft[rndnum][0];
   y2=y1+sft[rndnum][1];
   if(get_world(x2,y2)==1||get_world(x2,y2)==2)
   found=1;
   }
   /* 检查攻击对象个体号n2  */
   found=0;n2=0;
   while(found==0)
   {
     if(iatr[n2][0]==x2 && iatr[n2][1]==y2 && iflg[n2]==1)
     found=1;  else n2++;
   }
   /* 计算双方的 Attack量 */
   sa1=(double)decode_gene(n,19,3);
   da1=(double)decode_gene(n,22,3);
   sa2=(double)decode_gene(n2,19,3);
   da2=(double)decode_gene(n2,22,3);
   rnd1=(double)random(1001)/1000.0;
   rnd2=(double)random(1001)/1000.0;
   attack1=(double)iatr[n][2]+sa1*20.0/7.0*rnd1+da1*20.0/7.0*rnd2;
   rnd1=(double)random(1001)/1000.0;
   rnd2=(double)random(1001)/1000.0;
   attack2=(double)iatr[n2][2]+sa2*20.0/7.0*rnd1+da2*20.0/7.0*rnd2;
   /* 减少内部能量 */
   La1=decode_gene(n,25,3);
   La2=decode_gene(n2,25,3);
   rnd1=(double)random(1001)/1000.0;
   iatr[n][2]=iatr[n][2]-(int)((double)La1*rnd1);
   rnd2=(double)random(1001)/1000.0;
   iatr[n2][2]=iatr[n2][2]-(int)((double)La2*rnd2);
   if(attack1>=attack2)                         /* 胜者: n 败者:n2 */
     iatr[n2][2]=iatr[n2][2]-40;
   else                                         /* 胜者: n2 败者:n */
     iatr[n][2]=iatr[n][2]-40;
   if(iatr[n][2]<=0) remove_life(n);
   if(iatr[n2][2]<=0) remove_life(n2);
   }

  void  act2_eat(n)                            /* 个体n获取行动范围内的食物 */
  int n;
  {
    int sft[8][2]={{1,0},{1,1},{0,1},{-1,1},
    {-1,0},{-1,-1},{0,-1},{1,-1}};
  int x1,y1,x2,y2,n2,ef;
  int found,rndnum;
  x1=iatr[n][0];y1=iatr[n][1];
/*  获取食物位置(x2,y2)  */
  found=0;
  while(found==0)
  {
   rndnum=random(8);
   x2=x1+sft[rndnum][0];
   y2=y1+sft[rndnum][1];
   if(get_world(x2,y2)==3||get_world(x2,y2)==5)
   found=1;
   }
   /* 增加内部能量 */
   ef=decode_gene(n,28,4);  /* 食物吸取效率 */
   iatr[n][2]=iatr[n][2]+(int)(40.0*(50.0+(double)ef*50.0/15.0)/100.0);
   if(iatr[n][2]>100)  iatr[n][2]=100;
   /* 检查食物号n2  */
   found=0;n2=0;
   while(found==0)
   {
     if(fatr[n2][0]==x2 && fatr[n2][1]==y2 && fflg[n2]==1)
     found=1;  else n2++;
   }
   remove_food(n2);
   }

void act3_makechild(n)              /* 个体n与行动范围内的其他生物个体交配产生子个体 */
int n;
{
  int i,j,k,x,y,x2,y2,found,n2,trial;
  int x3,y3;
  double rnd;
  if(pop_size+1<=MAX_POP)
  {
    x=iatr[n][0];y=iatr[n][1];
    found=0;
    while(found==0)
    {
    x2=x+random(3)-1;
    y2=y+random(3)-1;
    if(x2!=x||y2!=y)
      if(get_world(x2,y2)==gene[n][0]+1);
      found=1;
    }
   /* 检查交配对象个体号n2  */
   found=0; n2=0;
   while(found==0)
   {
    if((iatr[n2][0]==x2 || iatr[n2][1]==y2) && iflg[n2]==1)
     found=1;   else n2++;
     if(n2>=pop_size-1) return;
   }
   /* 确定产生个体位置 */
   found=0;trial=0;
   while(found==0 && trial<50)
   {
   i=random(3)-1;j=random(3)-1;
   k=random(2);
   if(k==0)  {  x3=x+i;y3=y+j;}
   else      { x3=x2+i;y3=y2+j;}
   if(get_world(x3,y3)==0) found=1;
   trial++;
   }
   if(found==1)
   {
   /* 个体 n与个体 n2产生子个体 */
   pop_size++;
   /*  均匀交叉 */
   uni_crossover(gene,n,n2,pop_size-1,0.5,G_LENGTH);
   /*  变异    */
   for(i=1;i<G_LENGTH;i++)
   {
rnd=random(10001)/10000.0;
if(rnd<=MUTATION)
  if(gene[pop_size-1] [ i]==1)
     gene[pop_size-1] [ i]=0;
  else  gene[pop_size-1] [ i]=1;
   }
   /* 交配后父个体能量减少  */
   iatr[n][2]=iatr[n][2]-45;
   if(iatr[n][2]<=0)  remove_life(n);
   iatr[n2][2]=iatr[n2][2]-45;
   if(iatr[n2][2]<=0)  remove_life(n2);
   /*  子个体属性输入  */
   iatr[pop_size-1][0]=x3;
   iatr[pop_size-1][1]=y3;
   iatr[pop_size-1][2]=100;
   iatr[pop_size-1][3]=0;
   iflg[pop_size-1]=1;
   /*  子个体画面表示 */
   world[x3][y3]=gene[pop_size-1][0]+1;
   g_disp_unit(x3,y3,gene[pop_size-1][0]+1);
   }
  }
}

void act_individual(n)              /* 为行动范围内的其他生物和食物决定行动 */
int n;
{
   int i,j,k,pattern,action,cr,ca;
   int act[3];                      /* act[0]:攻击 act[1]:获取食物 act[2]:交配 */
   int pat[6][3]={{1,2,3},{1,3,2},{2,1,3},
    {3,1,2},{2,3,1},{3,2,1}};
                                    /*  pat:行动优先顺序 {攻击，获取食物，交配}  */
   int sp;
   double rnd;
   sp=decode_gene(n,0,1)+1;
   for(i=0;i<3;i++) act [ i]=0;
   for(i=-1;i<=1;i++)
     for(j=-1;j<=1;j++)
     {
       if(i!=0||j!=0)
       {
  k=get_world(iatr[n][0]+j,iatr[n][1]+i);
  if(k==1||k==2)  act[0]=1;
  if(k==3||k==5)  act[1]=1;
  if(k==sp)       act[2]=1;
  }
       }
       cr=decode_gene(n,16,3);
       rnd=(double)random(10001)/10000.0;
       if(rnd<=(double)cr/7.0)
       {
  action=random(3);
  while(act[action]==0)
  action=random(3);
  }
       else
       {
       ca=decode_gene(n,13,3);                 /* ca行动特点 */
       if(ca<3)  pattern=0;else  pattern=ca-2;
       /* 基本行动模式pattern 0-5 */
       i=0;
       action=pat[pattern] [ i]-1;
       while( act[action]==0)
       {
  i++;
  action=pat[pattern] [ i]-1;
  }
}
     switch(action+1)
     {
case 1:  act1_attack(n);break;
case 2:  act2_eat(n);break;
case 3:  act3_makechild(n);
     }
   }

void init_flags()                      /* 状态标志初始化 */
   {
   int i;
     for(i=0;i<pop_size;i++)  iflg [ i]=1;
     for(i=0;i<food_size;i++)  fflg [ i]=1;
   }

void  act_lives()                     /*  改变状态(移动或行动)  */
{
   int i,j,k,x,y,move,a;
   for(i=0;i<pop_size;i++)
   {
     if(iflg [ i]==1)
     {
       move=1;
       for(j=-1;j<=1;j++)
for(k=-1;k<=1;k++)
{
   if(j!=0||k!=0)
   {
     a=get_world(iatr [ i][0]+k,iatr [ i][1]+j);
     if(a==1||a==2||a==3||a==5)
     move=0;
     }
}
       if(move==1)
  move_individual(i);
       else
  act_individual(i);
     }
   }
}

void  increase_age()              /* 个体年龄增1  */
{
  int i,j,s;
  for(i=0;i<pop_size;i++)
  {
    if(iflg [ i]==1)
    {
      j=decode_gene(i,1,4);
      s=SL_MIN+j;
      iatr [ i][3]++;
      if(iatr [ i][3]>s)
      remove_life(i);
      }
    }
  }

void  increase_frsh()            /* 食物新鲜度增1  */
{
  int i;
  for(i=0;i<food_size;i++)
    if(fflg [ i]==1)
    {
     fatr [ i][3]++;
     if((fatr [ i][2]==0 && fatr [ i][3]>TL1)||
(fatr [ i][2]==1 && fatr [ i][3]>TL2))
remove_food(i);
}
  }

void gabage_col()             /* 死去个体及消减食物清除*/
{
int i,j;
int new_pop,new_food;
   /* 检查食物 */
new_food=0;
for(i=0;i<food_size;i++)
   if(fflg [ i]==1)
   {
   new_food++;
   for(j=0;j<4;j++)
      fatr[new_food-1][j]=fatr [ i][j];
   }
   food_size=new_food;
  /* 检查个体 */
   new_pop=0;
   for(i=0;i<pop_size;i++)
     if(iflg [ i]==1)
     {
       new_pop++;
       /* 遗传基因复制  */
       for(j=0;j<G_LENGTH;j++)
  gene[new_pop-1][j]=gene [ i][j];
       /* 属性复制  */
       for(j=0;j<4;j++)
  iatr[new_pop-1][j]=iatr [ i][j];
      }
     pop_size=new_pop;
  }

  void  make_foods()                 /* 产生一代中植物性食物  */
  {
  int i,x,y;
  for(i=0;i<NEWFOODS;i++)
  {
    if(food_size+1<=MAX_FOOD)
    {
      food_size++;
      find_empty(&x,&y);
      fatr[food_size-1][0]=x;
      fatr[food_size-1][1]=y;
      fatr[food_size-1][2]=0;        /* 植物性 */
      fatr[food_size-1][3]=0;
      fflg[food_size-1]=1;
      world[x][y]=3;
      g_disp_unit(x,y,3);
     }
   }
  }

  void  calc_population(n1,n2)  /* 计算生物1和2 的个体数 */
  int *n1,*n2;
  {
    int i,p1,p2;
    p1=0;p2=0;
    if(pop_size>0)
      for(i=0;i<pop_size;i++)
if(gene [ i][0]==0)  p1++; else p2++;
*n1=p1;
*n2=p2;
  }

main()    /* 主程序  */
{
int i,work;
int n1,n2,n1old,n2old;
char choice[2];
randomize();
/* 图形界面初始化 */
g_init();
settextstyle(0,0,4);
gprintf(220,20,4,0,"ALIFE");
setcolor(9);
disp_hz24("基于遗传算法的人工生命模拟",150,60,25);
setcolor(15);
disp_hz16("人工环境及生物分布",10,160,20);
disp_hz16("1:随机产生  2: 读文件产生 ==>",10,190,20);
gscanf(300,190,15,1,4,"%s",choice);
work=atoi(choice);
if(work==2)  load_world_file();else make_world();
make_lives_and_foods();
/*状态初始化 */
init_flags();
/*计算个体数 */
calc_population(&n1old,&n2old);
/*生成初始画面*/
g_init_frames();
/*虚拟世界画面*/
g_draw_world();
/* 显示初始图形 */
g_init_graph();
for(i=1;i<121;i++)
{
  /*状态初始化 */
  init_flags();
  /* 改变状态(移动或行动)  */
  act_lives();
  /* 个体年龄增加  */
  increase_age();
  /* 食物新鲜度增加 */
  increase_frsh();
  /*死去个体及消减食物清除*/
  gabage_col();
  /*产生新的食物 */
  make_foods();
/* 求生物1和2 的个体数 */
  calc_population(&n1,&n2);
  /* 个体数变化的图形更新  */
  g_plot_population(i,n1,n2,n1old,n2old);
  n1old=n1;n2old=n2;
/* 显示最佳遗传基因  */
  g_disp_genotype();
   }
  setcolor(9);
  disp_hz16("回车键结束",10,430,20);
  getch();
}