遗传算法 - 我需要什么数据结构？

Question

我希望在这里允许这样一个开放式的问题。我正在研究一个简单的 GA，它将演变一个字符串输出以匹配给定的目标字符串。因此，每一代都将创建一个由 N 个字符串组成的种群，每个字符串都将根据其与目标字符串的汉明距离分配一个适应度。然后我需要某种方式来存储和排序这些信息。我在 Processing 工作，但 Java 中的解决方案几乎总是可以通过导入在这种语言中使用。

由于我所追求的是一种模糊的键值结构，我的直觉是我想要某种字典，但我在使用这些方面的经验很少。还有一些复杂性使我们偏离了我对字典如何工作的理解。我想做以下事情：

1. 存储每个字符串及其相关的适应度。 这两者必须可以重复。

2. 按值对结构进行排序，即按适合度的降序列出总体。

3. 剔除底部 50% 的人口。可能最简单的方法是直接用适合人群的后代替换不适合人群。

访问时间/计算效率不是特别重要的问题。

我昨晚尝试使用 HashMap 解决这个问题，但我一直遇到诸如在此结构下不允许重复键等问题，并且我找不到一种简单的方法来遍历 HashMap 并仅更改底部X% 的条目（按价值）。

总而言之，我需要一个结构，其中每个条目由一个字符串和一个整数组成，可以存储每个条目的重复项，该结构可以是按整数值降序排序，因此可以对顶部或底部 X% 的条目进行操作，而不会影响其余条目。

非常感谢您的宝贵时间，任何帮助将不胜感激。

Answer 1

有很多方法可以解决这个问题。就个人而言，我会尝试最简单的解决方案。我不知道您项目的整个背景及其愿景，但是，根据您向我们提供的信息，我发布了我会选择的解决方案。

注意：以下课程可能不完整。您可能必须添加更多方法才能更轻松地使用它们。这只是一个解决方案的想法，以代码形式提出，可能对您有用。

Pair 类对一对字符串及其适应值进行建模。 Population 类模拟特定世代的人口。它将其成员保存在列表中并提供操作列表的方法。它还允许重复对。您可以选择顶部或底部X 的人口成员并对其进行操作。

public class Pair implements Comparable<Pair>{
    private final String value;
    private final int fitness;

    public Pair(String value, int fitness) {
        this.value = value;
        this.fitness = fitness;
    }

    public String getValue() {
        return value;
    }

    public int getFitness() {
        return fitness;
    }

    @Override
    public int compareTo(Pair pair) {
        return -Integer.compare(this.fitness, pair.fitness);
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Pair{" + "value='" + value + '\'' + ", fitness=" + fitness + '}';
    }
}

import java.util.ArrayList;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;

public class Population {
    private final List<Pair> members = new ArrayList<>();

    public void addMember(Pair pair) {
        members.add(pair);
    }

    public List<Pair> getTop(int x) {
        return members.stream().sorted().limit(x).collect(Collectors.toList());
    }

    public List<Pair> getBottom(int x) {
        return  members.stream().sorted(Comparator.reverseOrder()).limit(x).collect(Collectors.toList());
    }
}

这是一个不全面的测试类：

import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertEquals;
import static org.junit.jupiter.api.Assertions.assertTrue;

import java.util.List;

import org.junit.jupiter.api.BeforeEach;
import org.junit.jupiter.api.Test;

class PopulationTest {
    Population population = new Population();

    @BeforeEach
    void populate() {
        population.addMember(new Pair("test", 5));
        population.addMember(new Pair("abc", 13));
        population.addMember(new Pair("xyz", 8));
        population.addMember(new Pair("abc", 20));
    }

    @Test
    void testSortDescending() {
        List<Pair> members = population.getTop(4);
        for (int i = 0; i < members.size() - 1; i++) {
            assertTrue(members.get(i).getFitness() >= members.get(i + 1).getFitness());
        }
    }

    @Test
    void testGetTop() {
        List<Pair> top = population.getTop(2);

        assertEquals(20, top.get(0).getFitness());
        assertEquals(13, top.get(1).getFitness());
    }

    @Test
    void testGetBottom() {
        List<Pair> bottom = population.getBottom(2);

        assertEquals(5, bottom.get(0).getFitness());
        assertEquals(8, bottom.get(1).getFitness());
    }
}