二叉树遗传编程

Question

我刚刚开始使用遗传编程，但在初始化我的群体时遇到了问题。

我需要一棵树来代表每个候选解决方案 - 问题是，我不熟悉树。

我需要两种初始化方式，即Grow（可变大小的树）和Full（平衡相同形状和大小的树）。

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

我已经初始化了我的 Tree 类，但是，我不知道如何从这里开始填充树（Full 或 Grow）。

public class Tree{
   Object value;
   Tree left, right;

   public Tree(Object value)
   {
      this.value=value;
   }   

   public Tree (Object value, Tree left, Tree right) 
   {
      this.value = value;
      this.left = left;
      this.right = right;
   } 

   // Getter & setter for the value.
   public Object getValue(){
      return value;}
   public void setValue(Object value){
      this.value = value;}

   // Getters & setters for left & right nodes.
   public Tree getLeft(){
      return left;}
   public Tree getRight(){
      return right;}
   public void setLeft(Tree ln){
      left = ln;}
   public void setRight(Tree rn){
      right = rn;}


}

谁能告诉我如何做到这一点，或者只是朝着正确的方向轻推。

我正在尝试随机填充树直到预定义的深度。

• 运算符 (+ - / *) 插入除叶节点之外的所有位置。
• 操作数 (1-100) 仅插入叶节点上

谢谢。

Answer 1

不是很清楚你想要什么。您是在问如何表示您给出的示例，或者如何根据两种策略之一实现生成随机树的方法？

您的示例可以用您的 Tree 类表示：

Tree full = new Tree("*",
        new Tree("+", new Tree(1), new Tree(2)),
        new Tree("-", new Tree(3), new Tree(4)));

Tree grow = new Tree("*",
        new Tree(5),
        new Tree("-", new Tree(6), new Tree(7)));

---

[编辑]

您可以使用以下类中的方法随机生成树：

class TreeGenerator {
    private static final String[] OPERATORS = {"+", "-", "/", "*"};
    private static final int MAX_OPERAND = 100;

    private static Random random = new Random();

    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);
        }
    }

    public static Tree grow(int depth) {
        if (depth > 1 && random.nextBoolean()) {
            String operator = OPERATORS[random.nextInt(OPERATORS.length)];
            return new Tree(operator, grow(depth - 1), grow(depth - 1));
        } else {
            return new Tree(random.nextInt(MAX_OPERAND) + 1);
        }
    }

}

然后，你可以这样做：

Tree full3 = TreeGenerator.full(3);
Tree grow4 = TreeGenerator.grow(4);

Answer 2

您需要创建两个将元素添加到树的函数。对于 GROW 函数，您可以执行以下操作...

基本上，您必须根据您决定的标准开始设置叶节点。这不是一个完美的例子，但可以帮助您朝着正确的方向前进。

我没有运行这个，但这应该演示如何种植一棵树。您可能需要添加功能以使其按您的意愿工作。

Tree head = new Tree(new Value("*"));
for ( int x = 0; x < 5; x++){
    head.grow(new Tree(x));
}

树：

public class Tree{
   Value value;
   Tree left, right;

   public Tree(Value value)
   {
      this.value=value;
   }   

   public Tree (Value value, Tree left, Tree right) 
   {
      this.value = value;
      this.left = left;
      this.right = right;
   } 

   // Getter & setter for the value.
   public Value getValue(){
      return value;}
   public void setValue(Value value){
      this.value = value;}

   // Getters & setters for left & right nodes.
   public Tree getLeft(){
      return left;}
   public Tree getRight(){
      return right;}
   public void setLeft(Tree ln){
      left = ln;}
   public void setRight(Tree rn){
      right = rn;}

      public void grow(Tree t){

    if(value.compareTo(t) < 0){
      if(right == null){
          setRight(t);
      } else{
          getRight().grow(t);
      }
     else{
      if(left == null){
          setLeft(t);
      } else{
          getLeft().grow(t);
      }

    }

    public toString(){
       if(left == null && right == null)
           return value.oper;
       else{
           return value.val;
    }
}

价值：

公共类价值{ 字符串操作； 整数值

    public value(String str){
         oper = str;
         val = Integer.MIN_VALUE;
    }

    public value(Integer x){
        oper = "non";
        val = x;
     }

    public int compareTo(Value o){
      if(o.val < val) return -1;
      if(o.val > val) return 1;
      return 0;
    } 

}

Answer 3

您可以查看 Tiny GP http://cswww.essex.ac.uk/staff/rpoli/TinyGP/ 的实现（由 Ricardo Poli 完成）。但是，该实现需要深入了解 C 编程语言。

或者，您可以使用具有染色体线性表示的 GP 变体（例如线性 GP、笛卡尔 GP、基因表达编程、多表达编程等）。那些有一个更简单，更容易理解的实现。例如，查看多表达式编程的源代码：http://www.mepx.org/source_code.html