二叉树遗传规划

Question

我刚刚开始使用 遗传编程，我在初始化种群时遇到问题。

我需要一棵树来表示每个候选解决方案 - 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（平衡的相同形状和大小树）。

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

我已经初始化了我的树 class，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;}


}

任何人都可以告诉我如何做到这一点，或者只是朝着正确的方向轻推一下。

我正在尝试随机填充树直到预定义的深度。

运算符（+ - / *）被插入除了叶子节点之外的任何地方。
操作数 (1-100) 仅插入到叶节点上

谢谢。

Answer 1

您需要创建两个向树中添加元素的函数。对于 GROW 函数，您可以执行如下操作...

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树。您可能需要添加功能以使其按您想要的方式工作。

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;
    }
}

值：

public class 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 2

不是很清楚你想要什么。你是问你给出的例子如何表示，或者如何实现根据两种策略之一生成随机树的方法？

您的示例可以用您的树 class 以这种方式表示：

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]

您可以使用以下方法随机生成树class:

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);
        }
    }

}

那么，你可以这样做：

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

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、基因表达式编程、多表达式编程等）。那些有一个更简单和更容易理解的实现。例如，查看多表达式编程的源代码：http://www.mepx.org/source_code.html

二叉树遗传规划

Binary Tree Genetic Programming

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