java - 二叉树上的遗传算子

Question

我在尝试将遗传算子应用于二叉树时遇到问题。

首先，我有为初始种群生成两种类型树的方法，即Grow(可变大小的树)和Full(平衡的相同形状和大小的树) .

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

每棵树的类如下所示:

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
} 

现在这就是我在理解如何实现遗传运算符时遇到麻烦的地方，即突变 和交叉

从我的初始种群中随机选择一棵树，我该如何应用这些遗传算子？ 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。
• 生成一棵与删除的子树深度相似的新子树。
• 将其替换回原始父树和所选点。

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 做一些类似的事情。

这在理论上似乎很容易，但我不知道如何编写代码(Java)。任何帮助将不胜感激。

编辑:我用来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。

在父树中随机选择一个点

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

替换所选点下方的整个子树。

只需将子树设置为新生成的树即可。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() 方法返回树中的一个随机点。
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某些情况。