结构体和数组

Question

我目前正在看这个：

some Genetic Algorithm

这是一些改编的代码：

struct Chromosome
{
    public bool[] genes;
    public int fitness;
}

我从未在我的进化算法/遗传算法中使用过结构体。在结构中使用数组是不是有点毫无意义——尤其是当我必须进行深拷贝时？在这种情况下使用结构体有什么好处吗？

谢谢。

Answer 1

我认为这没有任何问题... 在 GA 中，一切都是为了验证候选人的适合性。该结构只是封装了候选人的所有信息。因此，适合度与您的基因直接相关。将它存储在同一个类/结构中非常有意义。

如果您不使用基因存储适应度，则必须以某种方式对其进行映射。这将是不必要的麻烦。或者，如果您根本不想存储适应度，则每次比较两个候选者时都必须重新计算它。不会是明智的。特别是在适应度评估相当复杂的情况下（例如在 GA 中评估模拟的最佳参数）。

我会使用一个实现接口 IComparable 的类。两个候选人将比那里的适合度进行比较。然后，您只需对候选人列表进行排序，然后挑选出下一代的最佳 10 个候选人（始终取决于您使用的 GA 类型）。

关于 bool 数组...我也没有看到任何问题。如果这是你的基因最好的表现方式......完美:)。表示为整数也很好，但在某些情况下，它可能会使 x-over 操作有点复杂......总是取决于情况......

Answer 2

通常，我们使用struct 来表示可以被认为非常原始的东西。 According to MSDN，应该是表示单个“值”的类型，大小不超过 16 字节，以此类推。

struct 要记住的主要内容是值类型语义，因此将其传入和传出函数将创建一个副本。成本明智，这不会太糟糕，因为您要复制的是 1 个引用（到 bool 数组）和 1 个 int，但是如果您尝试以其他方法或从复制。

许多人认为struct 总是比class 更有效，但情况并非总是如此，通常这种微优化比有用更危险，因为它引入了使用值类型的副作用.

对于bool 的数组，您可以在int 中创建和设置位，也可以在BCL 中使用BitArray 专用类。

所以，总而言之，如果这是遗留代码并且您想保留 struct，它会起作用，但如果您希望它像 class通过/复制时。但是，看看它所持有的内容，它不符合 MSDN 指南中关于 struct 最适合的内容。

Answer 3

在这种情况下，bool 数组不会被自动深度复制。因此，您并没有真正从结构中受益，因为当您将 Chromosome 分配给新结构时，两者中的引用将指向同一个 bool[ ]

你可以只使用一个数字而不是使用 bool[]：比如说int。基因= 3的染色体代表基因：0000 0000 0000 0000 0000 0011。基因= 42134的染色体代表基因：0000 0000 1010 0100 1001 0110。int是32位，这意味着您可以用2^{32 基因这样。 您不必担心深度复制数组，这在内存消耗方面也更快、更有效。如果您需要更多基因，请使用 Int64。}

更新： 顺便说一句，你的问题太酷了。如果您对某些片段中可能的基因组合有限制，则需要根据限制逐字节构造Int32。为了说明，我假设了一个对染色体的一些限制的例子，并随机突变了一个染色体，但与约束有关。

        //The following creates a random chromosome with restrictions
        //to the genes as described in the following:

        //Let's say that the following pattern must be adhered to: 
        //byte 1 = xxxx xxxx (anything)
        //byte 2 = 1011 xxxx (restricted)
        //byte 3 = [0000 or 1111] xxxx (restricted)
        //byte 4 = 0000 1111 (fixed value)

        Random rnd = new Random();
        byte[] randomByte = new byte[1]; //xxxx xxxx xxxx xxxx

        byte restrictedByte2 = 
            (byte)(Math.Pow(2,7) * 1 + Math.Pow(2,6) * 0 + 
            Math.Pow(2,5) * 1 + Math.Pow(2,4) * 1 + 
            rnd.Next(0, 16)); //1011 xxxx

        //in byte 3, the first (most significant) for bits are restricted to either 0000 or 1111. 
        //That's either number 0 * 16 = 0 or number 15 * 16 = 240. I multiplied by 2^4 because it's shifted
        //4 bytes to the left.
        byte higherBits = (byte)(rnd.Next(0, 2/*upper bound exclusive*/) == 1?240:0);
        //random lower bits (xxxx).
        byte lowerBits = (byte)(Math.Pow(2,0) * rnd.Next(0, 2) + Math.Pow(2,1) * rnd.Next(0, 2) + 
            Math.Pow(2,2) * rnd.Next(0, 2) + Math.Pow(2,3) * rnd.Next(0, 2) + 
            rnd.Next(0, 16));

        byte restrictedByte3 = (byte)(lowerBits + higherBits);

        byte restrictedByte4 = 143; //constant

        //Create an Int32 from the four bytes.
        int randomMutation = BitConverter.ToInt32(
            new byte[] { randomByte[1], restrictedByte2, restrictedByte3, restrictedByte4 }, 0);